多功能信號发生器的设计毕业设计.docVIP

多功能信号发生器的设计 目 录 0引言 2 1设计意义 3 2设计说明 4 2.1设计任务 4 2.1.1设计要求 4 2.1.2 设计目的： 4 3设计过程 5 3.1系统顶层框图 5 3.1.1信号发生器结构图 5 3.1.2信号发生器的内部构成 5 3.1.3系统流程图 6 3.2设计步骤 6 3.3系统设计 7 4代码及仿真结果 8 4.1各个模块的实现 8 4.2顶层模块 16 5小结及体会 19 6参考文献 20 0 引言 信号发生器又称信号源或振荡器，在生产实践和科技领域中有着广泛的应用。能够产生多种波形，如三角波、锯齿波、矩形波（含方波）、正弦波在电路实验和设备检测中具有十分广泛的用途。例如在通信、广播、电视系统中，都需要射频（高频）发射，这里的射频波就是载波，把音频（低频）、视频信号或脉冲信号运载出去，就需要能够产生高频的振荡器。在工业、农业、生物医学等领域内，如高频感应加热、熔炼、淬火、超声诊断、核磁共振成像等，都需要功率或大或小、频率或高或低的。 FPGA来设计制作多功能信号发生器。该信号发生器可以产生正弦波、方波、三角波、锯齿波正弦波、方波、三角波、锯齿正弦波、方波、三角波、锯齿波设计任务要求：基于《VHDL语言》，通过给定的仪器（试验箱设计一个多功能信号发生器，能产生周期性正弦波、方波、三角波、锯齿波以及用户自己编辑的特定波形；输出信号的频率范围为100Hz~200KHz,且输出频率可以调节；具有显示输出波形、频率的功能。掌握使用EDA工具设计的设计思路和设计方法体会使用EDA综合过程中电路设计方法和设计思路的不同。2) 熟悉在Quartus II环境中，用文本输入方式与原理图输入方式完成电路的设计，同时掌握使用这两种方式相结合的EDA设计思路。 3) 通过这一部分的学习，对VHDL语言的设计方法进行进一步的学习，对其相关语言设计规范进行更深层次的掌握，能够更加熟练的做一些编程设计。 3 设计过程 3.1系统顶层框图 3.1.1信号发生器结构图 由于FPGA/CPLD只能直接输出数字信号，而多功能信号发生器输出的各种波形均为模拟信号，因此设计信号发生器时，需将FPGA/CPLD输出的信号通过D/A转换电路将数字信号转换成模拟信号。多功能信号发生器可由信号产生电路，波形选择电路和D/A转换电路构成，如下图所示： 3.1.2信号发生器的内部构成 图1 原理框图 在原理框图中，正（余）弦查找表由ROM构成，内部存有一个完整周期正（余）弦波的数字幅度信息，每个查找表的地址对应正（余）弦波幅度信号，同时输出到数模转换器（DAC）输入端，DAC输出的模拟信号经过低通滤波器（LPF），可以得到一个频谱纯净的正（余）弦波。 3.2设计步骤 用VHDL语言结合原理图设计实现一个函数信号发生器,输出正弦波、方波和三角波三种波形。将频率控制、分频、三角波、正弦波、方波发生各个模块分别用VHDL语言编程为一个子程序,并把每一个模块转换成图形文件,然后在原理图编辑框调用这些图形模块,连接电路如图所示。通过按键1到按键控制频率调节f〔...0〕,用按键6、按键7、按键8控制dlt、sin、sqr波形选通,最后把八位输出接DAC0832通过D/A转换,从示波器上就能看到波形输出。按下不同的按键输出不同的波形及频率。 系统设计 模块 （2）数据存储模块 数据存储模块主要存的是正弦波三角波、锯齿波采样点 变换成的形式进行采样，然后变换成8位二进制码，存储在波形存储器里。 （3）数据选择器模块 在波形开关的控制下，选择相应的波形输出。可以用3个按键来控制波形选择 4 代码及仿真结果 4.1各个模块的实现 4.1.1数控分频器的实现 其VHDL代码如下： library ieee; use ieee.std_logic_1164.all; use ieee.std_logic_unsigned.all; entity fenpin is port(d_mode:in std_logic_vector(3 downto 0); clk:in std_logic; d_out:out std_logic); end fenpin; architecture behav of fenpin is signal full:std_logic; begin p_reg: process(clk) variable cnt8:std_logic_vector(3 downto 0); begin if