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基于VerilogHDL语言通过FPGA以实现波形发生器的功能仿真设计
目录TOC\o1-2\h\z\u
摘要 -1-
第1章绪论 -5-
第1.1节课题研究背景及意义 -5-
第1.2节国内外研究现状 -5-
第1.3节本文研究内容 -6-
第2章系统设计原理 -8-
第2.1节系统工作原理 -8-
第2.2节硬件设计方案 -12-
第3章系统软件设计 -20-
第3.1节VerilogHDL语言简介 -20-
第3.2节软件开发流程 -21-
第3.3节直接数字频率合成模块设计 -23-
第3.4节按键模块设计 -25-
第3.5节数码管模块设计 -26-
第4章仿真分析与硬件测试 -28-
第4.1节仿真分析 -28-
第4.2节硬件测试 -32-
第5章总结与展望 -33-
第5.1节总结 -33-
第5.2节展望 -33-
参考文献 -34-
第1章绪论
第1.1节课题研究背景及意义
在目前的各种信号源中,函数信号发生器以及波形发生器最为常用。函数信号发生器通过各类模拟元器件结合产生幅度、频率可调的三角波、方波、正弦波等标准波形,但是受制于模拟电路的温漂,器件老化等因素,输出信号的频率准确度、频率分辨率以及带宽等指标都比较低REF_Ref101620953\r\h[10]。而波形发生器基于数字电路,波形数据经过读取、整合、提升速率等一系列操作后,并经过DAC转换输出,在通过滤波器滤波获得所需波形。随着高速数字器件的不断发展,任意波形发生器的采样率、输出带宽等指标不断提升,功能覆盖其他多种信号发生器,己经成为当下最理想的通用信号源。是在我们日常的实验中是必不可缺少的设备。为此,一个高性能的波形发生器对于我们日常的测试十分的有必要。
利用VerilogHDL语言通过FPGA来构造一个数字逻辑系统用以实现波形发生器的功能。目前最常见的数字波形发生器是基于DDS(DirectDigitalSynthesizer)技术也就是直接数字频率合成技术所实现的,其主要优点有相对带宽较大,频率转换时间短,频率分辨率高,全数字化的结构使得更容易在FPGA平台上实现,输出的相位连续可调,且输出波形的频率,相位和幅度均可以实现通过程序控制。并且利用VerilogHDL语言在FPGA平台上实现的DDS波形发生器比常见的基于DDS芯片的波形发生器相比,有着成本更低,操作更加灵活,性能跟出色等优势。由于波形发生器具备了高速、灵活,波形任意控制等优势,越来越受到人们的关注,而提高输出波形采样率、提高波形精度、扩展波形数据存储深度等发展方向都成了当前研究的重点REF_Ref101620986\r\h[5]。
第1.2节国内外研究现状
信号源的技术水平是随着电子技术水平的提高而提高的。从上世纪七十年代到当下,波形发生器由最开始的基于模拟电路开发逐渐转为为基于数字电路开发,功能上也不断的完善,技术指标也较之前大幅提高。
从上世纪七十年代开始,受到电子技术水平发展的限制,利用分立元件搭建的模拟电路波形发生器只能实现正弦波,方波,三角波等较为简单的波形,并且受限于当时的器件性能以及电路工艺水平,当时的波形发生器存在尺寸大,精度低,带宽小,且极容易受器件老化影响从而造成性能损失,受到了极大的发展困难REF_Ref101620806\r\h[9]。
从七十年代到九十年代,随着微电子产业的蓬勃发展,模拟数字转换芯片,微处理器等元器件的发展使得人们开始采用软硬件结合的方法来实现波形发生器,利用微处理器来进行控制,DAC芯片进行输出,是当时最常见的一种方式,但是也受限于微处理器的性能参数以及DAC元器件的转换速率使得波形发生器的采样率,输出频率等指标仍然很难达到人们的使用要求REF_Ref101620806\r\h[9]。
从九十年代以来,伴随着数字电路的飞速发展,为波形发生器的实现带来了新的契机,DDS技术应运而生,随着高性能的FPGA,专用DDS芯片,高速DAC芯片的不断出现,使得波形发生器的设计迎来了巨大的转变,性能越来越高,指标越来越好,体积功耗越来越小,使得波形发生器逐渐的变得日常化走向基础实验中去REF_Ref101620806\r\h[9]。尽管如此从国内已有的成熟的任意波形发生器方案来看,无论是从波形种类,性能指标还是生产规模上都与国外同级别产品存在较大区别。因此,加紧对波形发生器相关技术
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