【正文】 數(shù)字信號發(fā)生器的系統(tǒng)組成 .................................... 14 各模塊的設(shè)計過程 ............................................. 15 頂層模塊的設(shè)計 ....................................... 15 方波的設(shè)計 ........................................... 17 三角波的設(shè)計 ......................................... 19 鋸齒波的設(shè)計 ......................................... 19 正弦波的設(shè)計 ......................................... 20 4 仿真分析 ............................................................. 24 方波模塊仿真 ................................................ 24 三角波模塊仿真 .............................................. 25 鋸齒波模塊仿真 .............................................. 26 正弦波模塊仿真 .............................................. 27 沈陽理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 IV 整體模塊仿真 ................................................ 28 結(jié) 論 ................................................................... 31 致 謝 ................................................................... 32 參考文獻 ................................................................ 33 附錄 A 英文原文 ......................................................... 35 附錄 B 漢語翻譯 ......................................................... 44 沈陽理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 1 1 緒論 課題研究的背景意義 在電 子技術(shù)領(lǐng)域，常常需要波形、頻率、幅度都可調(diào)的電信號，用于產(chǎn)生這種 電信號的電子儀器稱作信號發(fā)生器。 FPGA。 關(guān)鍵詞 ： 數(shù)字 信號 發(fā)生器； FPGA； DDS； VHDL 沈陽理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 II Abstract Digital signal transmitter as a test facility is an important part of information processing system. In the production of a wide range of application of life. Both in scientific research and in teaching signal generator are the best tool for electronic engineers to simulate experiment.. The research can provide the basis for the digital processing of the signal and play a role in the research field. The main content of this paper is the research on the digital signal generator and the hardware basis of the FPGA (the programmable gate array), the whole project based on VHDL language,the digital signal generator can generate sine wave , triangle wave, saw tooth wave Fang Bo, four independent based on the waveform, and frequency and amplitude of four waveforms generated by the digital signal generator regulator. The design of the hardware platform of the system is based on Xinlinx39。 采用 Xinlinx 公司的 ISE 軟件進行軟件程序開發(fā)，進一步在 Model Tech 公司的仿真工具 ModelSim 中完成仿真驗證。 本文重點對數(shù)字信號發(fā)生器進行了研究， 以 FPGA(現(xiàn) 成可編程門陣列 )為硬件實現(xiàn)平臺， 采 用 VHDL 硬件描述語言進行 開發(fā)。沈陽理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 I 摘 要 數(shù)字信號發(fā)生器 是數(shù)字信號處理中不可缺少的信號源產(chǎn)生設(shè)備，在生產(chǎn)生活中具有廣泛應(yīng)用，無論在科研還是教學(xué)上，信號發(fā)生器都是電子工程師仿真實驗的最佳工具。本論文進行基于 FPGA 的數(shù)字信號發(fā)生器設(shè)計，可以為產(chǎn)生具有高精度、高靈活性的數(shù)字信號提供工程基礎(chǔ)，具有較高的實際意義。 數(shù)字信號發(fā)生器可以產(chǎn)生正弦波、方波、三角波、鋸齒波四個獨立的波形，并能對所產(chǎn)生的四種波形的頻率和幅度進行調(diào)節(jié)。 仿真結(jié)果驗證了，仿真實現(xiàn)的基于 FPGA 的數(shù)字信號發(fā)生器的正確性。s ISE platform, pleted the first program is developed in ISE development environment. The simulation results verify the correctness of the digital signal generator based on FPGA realized by simulation. Key words： Digital Waveform Generator。DDS。 信號發(fā)生器是一種常用的信號源，廣泛運用于科學(xué)研究、生產(chǎn)實踐和教學(xué)試驗等領(lǐng)域。作為一種為電子測量和計量提供電信號的設(shè)備，它和萬用表、示波器、頻率計等儀器一樣，是最普通、最基本，也是運用最廣泛的電子儀器之一，幾乎所有電參量的測量都需要用到信號發(fā)生器。近年來，以數(shù)字技術(shù)為基礎(chǔ)的數(shù)字信號發(fā)生器得到了飛速的發(fā)展 ，性能指標(biāo)都達到了一個新的水平。而且隨著當(dāng)今電子系統(tǒng)的越來越復(fù)雜，毫無疑問，數(shù)字信號發(fā)生器正在成為模擬復(fù)雜信號的事實標(biāo)準(zhǔn)。 信號源是根據(jù)用戶對其波形的命令來產(chǎn)生信號的電子儀器。信號源有很多種分類 方法，其中一種方法可分為混和信號源和邏輯信號源兩種?；旌托盘栐从挚煞譃楹瘮?shù)信號發(fā)生器和任意波形函數(shù)發(fā)生器，其中函數(shù)信號發(fā)生器輸出標(biāo)準(zhǔn)波形，如正弦波、方波等，任意波函數(shù)發(fā)生器輸出用戶自定義的任意波形；邏輯信號發(fā)生器又可分為脈沖信號發(fā)生器和碼型發(fā)生器，其中脈沖信號發(fā)生器驅(qū)動較小個數(shù)的的方波或脈沖波輸出，碼型發(fā)生器生成許多通道的數(shù)字碼型。在高速場合 ,單片機無法代替 FPGA。 FPGA 管腳多，容易實現(xiàn)大規(guī)模系統(tǒng)單片機 IO 口有限，而 FPGA 動輒數(shù)百 IO，可以方便連接外設(shè)。 FPGA 內(nèi)部程序并行運行，有處理更復(fù)雜功能的能力單片機程序是串行執(zhí)行的，執(zhí)行完一條才能執(zhí)行下一條，在處理突發(fā)事件時只能調(diào)用有限的中斷資源；而 FPGA 不同邏輯可以并行執(zhí)行，可以同時處理不同任務(wù)，這就導(dǎo)致了 FPGA 工作更有效率。 FPGA 最大的特點就是靈活，實現(xiàn)你想實現(xiàn)的任何數(shù)字電路，可以定制各種電路。真正為自己的產(chǎn)品量身定做。 通過對數(shù)字信號發(fā)生器研究，可以為信號的數(shù)字化處理提供基礎(chǔ)，并且在電子技術(shù)試驗、自動控制系統(tǒng)和通信、儀器儀表、控制等領(lǐng)域的信號處理系統(tǒng)中及其他機械、電聲、水聲及生物等科研領(lǐng)域發(fā)揮作用。 目前市場上的數(shù)字信號發(fā)生器主要采用直接數(shù)字合成 [3]（ Direct Digital Synthesuzer，DDS）技術(shù)，這種波形發(fā)生器不僅可以產(chǎn)生可變頻的載頻信號、各種調(diào)制信號，同時還能和計算機配合產(chǎn)生用戶自定義的有限帶寬的任意信號，可以為多領(lǐng)域的測試提供寬帶寬、高分辨率的測試信號。以安沈陽理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 3 捷倫（ Agilent）和泰克（ Tektronix）為代表的國際電子測量儀器公司在此領(lǐng)域進行了卓有成效的研究和開發(fā)，其 產(chǎn)品無論在技術(shù)上還是市場占有率方面在國際上都享有盛譽，但其價格也相當(dāng)昂貴，高端型號每臺價格都在幾萬美金左右，低端的也要幾萬人民幣。 Agilent 公司的 PXI 模塊任意波形發(fā)生器采樣率已經(jīng)能達到 ，最高輸出頻率 500MHz。例如南京盛普科技電子有限公司的 SPF120 型信號發(fā)生器的主波輸出頻率達到了 120MHz，任意波最高頻率為 100KHz；北京普源精電科技有限公司（ RIGOL）生產(chǎn)的DG1000/2020/3000 系列任意波形發(fā)生器，在性能上已經(jīng)大略相當(dāng)于國外中低端產(chǎn)品。本節(jié)從 FPGA 軟、硬件來展望未來的 FPGA 設(shè)計技術(shù)，給讀者留一個 FPGA 技術(shù)的宏觀輪廓。 根據(jù) Gartner Dataquest 的分析報告顯示： 2020 年 ASIC 和 FPGA/PLD 的增長率分別為 %和 %，而 2020 年，兩者的增長率分別達到 %和 %。隨著兩大 FPGA 巨頭 Xilinx 和 Altera 爭相推出 65nm 工藝FPGA 芯片 Virtex5 以及 Stratix III 系列， FPGA 迎來了空前繁榮的時代。 有關(guān)統(tǒng)計顯示，未來消費電子 (包括 HDTV 和無線應(yīng)用等 )和汽車電子是 FPGA 應(yīng)用領(lǐng)域中成長最快的。很多設(shè)計還要集成更多的 IP 應(yīng)用甚至是 CPU 或者沈陽理工大學(xué)學(xué)士學(xué)位論文 4 DSP 內(nèi)核， FPGA 向大規(guī)模系統(tǒng)芯片挺進，力求在大規(guī)模應(yīng)用中取代 ASIC。 FPGA 開發(fā)工具包括軟件開發(fā)工具和硬件開發(fā)工具兩類。在軟件開發(fā)工具方面，針對 FPGA設(shè)計的各個階段， FPGA 廠商和 EDA 軟件公司提供了很多優(yōu)秀的 EDA 工具。事實上，在 Xilinx 發(fā)布Virtex4/Virtex5 系列產(chǎn)品的同時，也推薦客戶使 用專業(yè)的 EDA 工具，例如 Synplicity的綜合工具 Synplify Pro 和物理綜合工具 Synplify Premier，以便充分發(fā)揮芯片的性能。論文包括以下幾個方面： 第一部分：緒論。 第二部分： 數(shù)字 信號發(fā)生器的 基礎(chǔ) 原理。 第三部分： 數(shù)字信號發(fā)生器的具體設(shè)計過程 。 第四部分： 數(shù)字信號發(fā)生器的仿真 。 第五部分：總結(jié)。最后，闡述了信號發(fā)生器所產(chǎn)生信號的特點。二進制碼就是一種數(shù)字信號。凡是產(chǎn)生測試信號的儀器，統(tǒng)稱信號源也稱為信號發(fā)生器，它用于產(chǎn)生被測電路所需特定參數(shù)的電測試信號。當(dāng)要求進行系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)特性測量時，需使用振幅、頻率已知的正弦信號源。并且要求信號源輸出信號的參數(shù)，如頻率、波形、輸出電壓或功率等，能在一定范圍內(nèi)進行精確調(diào)整，有很好的穩(wěn)定性，有輸出指示。廣泛地應(yīng)用在電子技術(shù)試驗、自動控制系統(tǒng)和通信、儀器儀表、控制等領(lǐng)域的信號處理系統(tǒng)中及其他機械、電聲、 水聲及生物等科研領(lǐng)域。各種波形曲線均可以用三角函數(shù)方程式來表示。函數(shù)信號發(fā)生器在電路實驗和設(shè)備檢測中具有十分廣泛的用途。在工業(yè)、農(nóng)業(yè)、生物醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域內(nèi)，如高頻感應(yīng)加熱、熔煉、淬火、超聲診斷、核磁共振成像等，都 需要功率或大或小、頻率或高或低的振蕩器。在模擬通信中，為了提高信噪比，需要在信號傳輸過程中及時對衰減的傳輸信號進行放大，信號在傳輸過程中不可避免地疊加上的噪聲也被同時放大。對于數(shù)字通信，由于數(shù)字信號的幅值為有限個離散值（通常取兩個幅值），在傳輸過程中雖然也受到噪聲的干擾，但當(dāng)信噪比惡化到一定程度時，即在適當(dāng)?shù)木嚯x采用判決再生的方法，再生成沒有噪聲干擾的和原發(fā)送端一樣 的數(shù)字信號，所以可實現(xiàn)長距離高質(zhì)量的傳輸。信息傳輸?shù)陌踩院捅Ｃ苄栽絹碓街匾?，?shù)字通信的加密處理的比模擬通信容易得多，以話音信號為例，經(jīng)過數(shù)字變換后的信號可用簡單的數(shù)字邏輯運算進行加密、解密處理。數(shù)字通信的信號形式和計算機所用信號一致，都是二進制代碼，因此便于與計算機聯(lián)網(wǎng)，也便于用計算機對數(shù)字信號進行存儲、處理和交換，可使通信網(wǎng)的管理、維護實現(xiàn)自動化、智能化。數(shù)字通信采用時分多路復(fù)用，不需要體積較大的濾波器。 便于構(gòu)成綜合數(shù)字網(wǎng)和綜合業(yè)務(wù)數(shù)字網(wǎng)。另外，電話業(yè)務(wù)和各種非話業(yè)務(wù)都可以實現(xiàn)數(shù)字化，構(gòu)成綜合業(yè)務(wù)數(shù)字網(wǎng)。一路模擬電話的頻帶為 4kHz 帶寬，一路數(shù)字電話約占 64kHz，這是模擬通信目前仍有生命力的主要原因。 以上介紹可知，數(shù)字信號具有很多優(yōu)點，所以各國都在積極發(fā)