EDA课程设计-正弦波信号发生器的设计.doc

FPGA/CPLD基础 课程设计 课 题： 正弦波信号发生器的设计 学 院： 电气信息工程学院 年 级： 2006级电子信息工程二班 姓 名： 学 号： 1 导 师： 同组人： 二〇〇九年七月 FPGA/CPLD基础课程设计 ——正弦波信号产生器的设计 目录 目录 2 一、摘要 3 二、研究本课题的实际意义 3 三、设计思路 4 3．1 系统功能介绍 4 3．2 波形产生及控制原理 4 四、程序及仿真图 5 4．1 正弦波信号的产生 5 4．2 仿真波形图 8 六、参考文献 9 一、摘要 函数发生器作为电子系统的重要组成部分，在电子设计领域中起着极其重要的作用。应用VHDL语言，在ALTERA公司的QUARTUS Ⅱ软件环境下，完成了频率可调的智能函数发生器的程序设计，并进行了逻辑综合、仿真和硬件下载，产生了正弦波、方波、三角波三种常用信号，系统的软件仿真和实验测试结果满足了设计要求，达到了预期的效果。由于设计采用了EDA技术，不但大大缩短了开发研制周期，提高了设计效率，而且使系统具有结构紧凑、设计灵活，实现简单，性能稳定的特点。 二、研究本课题的实际意义 函数发生器作为电子系统的重要组成部分，广泛应用于电子电路、工业控制、教学科研等领域，它为电子测量和计量工作提供符合技术要求的电信号，在电子设计领域中起着极其重要的作用。Quartus II是Altera公司开发的一种针对其公司的CPLK/FPGA器件的设计、仿真、编程的工具，该软件界面友好，使用便捷，支持各种HDL，可与多种高级编程语言接口，功能齐全，是一个完全集成化的可编程逻辑设计环境。我们正是利用VHDL语言编写程序进行电路硬件描述，借助Quartus II软件平台进行程序编译、综合及波形仿真，最后通过Altera公司的FPGA芯片EPEK30144-3实现智能函数发生器的设计 三、设计思路 智能函数发生器可以由递增斜波产生模块、递减斜波产生模块、方波产生模块、三角波产生模块、正弦波产生模块、阶梯产生模块和输出波形选择模块组成、总体框图如图6-3所示。图中输出Q接在D/A转换的数据端、在D/A转换器的输出端即可得到各种不同的函数波形。 3．1 系统功能介绍 本设计是一种能够产生正弦波、三角波、方波的函数发生器，系统的始终基准频率位12MHz,测频率范围200Hz---2MHz，能够在选择开关的控制下输出相应的波形信号，且生成信号的频率可以通过控制信号的设置进行调整。智能函数发生器的系统框图如图1所示。 3．2 波形产生及控制原理 正弦波的产生原理是基于奈奎斯特采样定律，先对模拟信号进行采集，经量化后存入查找表中，再由累加器产生地址，通过对查找表寻址，得到离散化波形序列，最后经D/A转换输出模拟波形。方波的产生是在输出波形的前半周期输出低电平，后半周期输出高电平，从而得到占空比为50%的方波信号。三角波的产生是在输出波形的前半周期内从0累加到最大值255（8位），在后半周期从最大值减到0来实现的。 四、程序及仿真图 4．1 正弦波信号的产生 正弦波信号产生的VHDL语言为： LIBRARY IEEE; USE IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL; USE IEEE.STD_LOGIC_UNSIGNED.ALL; ENTITY SIN IS PORT(CLK,CLR:IN STD_LOGIC; D:OUT INTEGER RANGE 0 TO 255); END SIN; ARCHITECTURE SIN_ARC OF SIN IS BEGIN PROCESS(CLK,CLR) VARIABLE TMP:INTEGER RANGE 0 TO 63; BEGIN IF CLR=0THEN D=0; ELSIF CLKEVENT AND CLK=1THEN IF TMP=63 THEN TMP:=0; ELSE TMP:=TMP+1; END IF; CASE TMP IS WHEN 00=D=255;WHEN 01=D=254;WHEN 02=D=252; WHEN 03=D=249;WHEN 04=D=245;WHEN 05=D=239; WHEN 06=D=233;WHEN 07=D=225;WHEN 08=D=217; WHEN 09=D=207;WHEN 10=D=197;WHEN 11=D=186;