基于FPGA的函数信号发生器—开题报告.docx
基于FPGA的函数信号发生器—开题报告
基于FPGA的函数信号发生器一、课题来源、目的、意义函数信号发生器是广泛应用于系统检测调试、自动测量控制和教学实验等领域的多波形信号源,它可以产生正弦波、三角波、锯齿波、方波等多种波形,由于其输出的波形均可用数学函数描述,故命名为函数信号发生器。
函数信号发生器在工业生产、产品开发、科学研究等实验测试中起着十分重要的作用,除供通信、仪表和自动控制系统测试用外,还广泛用于生物医学等各个领域的测试【1】【2】。
随着电子技术的不断发展与进步,现代的电子测量、通信系统越来越需要有高精度和灵活的信号发生器进行测量和调试。
原有的信号发生器的性能己经难以满足现在的要求,现在不仅要求能产生标准的波形,而且要求函数发生器的输出波形质量好,输出频率范围宽,频率转换速度快并且频率转换时波形的相位需要连续。
为了适应现代电子技术的发展和市场要求,研究制作高性能的函数信号发生器则具有重大的意义。
虽然现在各大芯片制造商都推出了采用先进CMOS工艺生产的高性能专用直接数字频率合成(DDS)芯片,为电路设计者提供了多种选择,但专用的DDS芯片的局限性在于其价格昂贵,不易扩展。
目前,大规模可编程逻辑器件(PLD)得到越来越广泛的应用,其强大的功能也逐步从各种器件中显露出来。
如今的可编程器件在其自身功能愈加强大的同时,更使系统趋于小型化,高集成度和高可靠性。
与此同时,器件所具有的静态可重复编程和动态在系统重构的特性,使得系统设计周期大大缩短,降低了设计费用和设计风险,极大的提高了电子系统设计的灵活性和通用性。
其中现场可编程门阵列(FPGA)编程灵活!应用范围广,而且逻辑功能较复杂的小型系统可以在一片FPGA中实现。
由于FPGA实现DDS技术在一些方面存在着DDS芯片不能取代的优势,并且可以实现多个DDS芯片的功能,除了能满足用户对特殊功能的要求外,还可以在器件选择上有更大的选择余地,所以本文提出基于FPGA实现采用直接数字频率合成技术实现可编程函数信号发生器的实现方案,并给出了详细的设计方法。
基于FPGA的信号发生器开题报告
第一阶段：通过查阅资料对本系统做深入了解，熟悉各模块。对系统的结构设计有了初步的思路以后，大体绘出系统的结构框图。
第二阶段：对系统进行设计。可调信号发生器系统由顶层模块、控制开关和输入输出模块等部分组成，可调信号发生器系统的功能模块主要由顶层文件(Verilog HDL源程序)和波形数据ROM两部分组成。波形数据ROM设计主要包括设计波形数据ROM初始化数据文件和定制ROM元件。
[6]田耘,徐文波. Xilinx FPGA开发实用教程[M].北京:清华大学出版社, 2008, 3: 253~324
[7]刘和平等. DSP原理及电机控制应用[M].北京:北京航空航天大学出版社, 2006. 1~2
[8]张献伟,任志良,陈光,王华.基于Xilinx FPGA TP CORE的可调正弦信号发生器设计[J].电子测量技术, 2009, 5: 1~4
直到近年来现场可编程门阵列阵列阵列fpgafpgafpga技术得到快速的发展和广泛的应用其资源容量工作技术得到快速的发展和广泛的应用其资源容量工作技术得到快速的发展和广泛的应用其资源容量工作频率以及集成度频率以及集成度频率以及集成度都得到了极大的提高使得利用都得到了极大的提高使得利用都得到了极大的提高使得利用fpgafpgafpga实现某些专用数字集成电路得到了大家的关注实现某些专用数字集成电路得到了大家的关注实现某些专用数字集成电路得到了大家的关注而基于而基于而基于fpgafpgafpga实现的信号发生器和以前相比有着灵活的接实现的信号发生器和以前相比有着灵活的接实现的信号发生器和以前相比有着灵活的接口和控制方式较短的转换口和控制方式较短的转换口和控制方式较短的转换时间较宽的宽带以及相位连续变化和频率分辨率较高等优点比起专用芯片功耗也时间较宽的宽带以及相位连续变化和频率分辨率较高等优点比起专用芯片功耗也时间较宽的宽带以及相位连续变化和频率分辨率较高等优点比起专用芯片功耗也为信号发生器的发展提供了一种新的设计方法和思路
函数信号发生器开题报告
毕业论文(设计)开题报告
课题名称：虚拟仪器－函数信号发生器毕业设计起止时间：年月日～月日(共周)
学生姓名：学号：
专业：班级：
指导教师：
报告日期：
说明：
1.本报告前4项内容由承担毕业论文(设计)课题任务的学生独立撰写；
2.本报告必须在第八学期开学两周内交指导教师审阅并提出修改意见；
3.学生须在小组内进行报告，并进行讨论；
4.本报告作为指导教师、毕业论文(设计)指导小组审查学生能否承担该毕业设计(论文)
课题和是否按时完成进度的检查依据，并接受学校的抽查。
基于FPGA的DDS信号发生器设计【开题报告】
毕业设计开题报告电子信息科学与技术基于FPGA的DDS信号发生器设计一、选题的背景与意义1971年，美国学者J.Tierney等人撰写的"A Digital Frequency Synthesizer"一文首次提出了以全数字技术，从相位概念出发直接合成所需波形的一种新合成原理。
限于当时的技术和器件生产，它的性能指标无法与已有的技术相比，故未受到重视。
之后的一年间，微电子技术有了飞速的发展，直接数字频率合成器（即DDS）也得到了迅速的发展。
一些传统的信号波形产生方法，如RC和LC振荡器或单片模拟集成函数发生器，尽管它们的电路实现比较简单，但产生的信号波形频率精度和稳定度并不是很理想，而使用锁相环技术，频率精度有了很大的提高，但工艺相对比较复杂，分辨率也不高，频率变换和实现计算机程序控制也不方便。
而这种DDS技术将先进的数字信号处理理论与方法引入信号合成领域，实现了合成信号的频率转换和频率准确度之间的统一。
它具有相对带宽宽、频率转换时间短、频率分辨率高、输出相位连续、输出波形灵活、可编程、全数字化、控制灵活、体积小、易于集成、功耗低等优越的性能特点，击败其他频率合成技术脱颖而出，成为了现代频率合成技术的佼佼者。
现如今性能优良的DDS产品不断推出，它们集可编程DDS系统、高性能DAC及高速比较器等于一身，能实现多种功能，被广泛应用于跳频通信、雷达、导航、电子侦察、干扰和反干扰等电子技术领域，具有极高的研究价值。
二、研究的基本内容与拟解决的主要问题：研究的基本内容：DDS信号发生器由参考时钟、相位累加器（累加器、相位寄存器）、波形存储器（波形查找表）、D／A转换器和模拟低通滤波器组成。
（1）参考时钟参考时钟是电路的工作时钟由开发板上的晶振（约50MHz）提供。
（2）相位累加器DDS系统的核心部分为相位累加器，其主要负责DDS实现原理中的相位累加功能的完成。
如果累加器的位数大，这样才能使DDS的优越性充分发挥出来，通常DDS的输出频率可由频率控制字K控制，其设定可根据需要进行。
基于FPGA的DDS信号发生器的研究 开题报告
基于FPGA的DDS信号发生器的研究1．课题背景直接数字频率合成（Direct Digital Synthesizer，简称：DDS）技术是一种新的全数字的频率合成原理，它从相位的角度出发直接合成所需波形。
这种技术由美国学者J.Tiercy,M.Rader和B.Gold于1971年首次提出，是一种以数字信号处理理论为基础,从相位概念出发直接合成所需波形的一种新的全数字技术的频率合成方法[1]。
但是限于当时的技术和工艺水平，DDS技术仅仅在理论上进行了一些探讨，而没有应用到实际中去。
近30年来，随着超大规模集成（Very Large Scale Integration,简称：VLSI）、复杂可编程逻辑器件（Complex Programmable Logic Device,简称：CPLD）、现场可编程门阵列（Field Programmable Gate Array，简称：FPGA）等技术的出现以及对DDS 理论的进一步探讨，使得DDS得到了飞速的发展。
由于其具有频率转换快、分辨率高、频率合成范围宽、相位噪声低且相位可控制的优点，因此，DDS技术常用于产生频率快、转换速度快、分辨率高、相位可控的信号，广泛应用于电子测量、调频通信、电子对抗等领域[2]。
近年来，已有DDS技术的波形发生器陆续被研制、生产和投入应用。
2．目的和意义信号源是一种基本的电子设备，广泛应用于通信，雷达，测控，电子对抗以及现代化仪器仪表等领域，是一种为电子测量工作提供符合严格技术要求的电信号设备，和示波器、电压表、频率计等仪器一样是最普遍、最基本也是应用最广泛的的电子仪器之一，几乎所有电参量的测量都要用到信号发生器[3]。
综上所述，不论是在生产还是在科研与教学上，信号发生器都是电子工程师信号仿真试验的最佳工具。
随着现代电子技术的飞速发展，现代电子测量工作对信号发生器的性能提出了更高的要求，不仅要求能产生正弦信号源、脉冲信号源，还能根据需要产生函数信号源和高频信号源，信号源常有三方面的用途：(1)激励源，作为某些电器设备的激励信号。
数字函数信号发生器的设计与实现的开题报告
数字函数信号发生器的设计与实现的开题报告题目：数字函数信号发生器的设计与实现研究内容：数字函数信号发生器是一种可以产生各种形式的信号的仪器，如正弦波、方波、三角波等。
在电子实验、仪器维修和教学中，常常需要产生这样的信号。
本项目旨在设计一种数字函数信号发生器，使用FPGA实现，能够产生多种不同类型的信号。
具体研究内容包括：1.针对不同类型的信号，研究相应的生成算法。
2.设计基于FPGA的信号发生器架构，包括时钟模块、采样模块、数字信号处理模块等。
3.实现功能模块，包括正弦波、方波、三角波、PWM等信号的产生。
4.进行仿真和基于FPGA硬件平台的实验，在不同频率、不同幅值、不同波形下测试信号发生器的性能。
研究意义：数字函数信号发生器是电子学科的基础仪器之一，在工业上有着广泛的应用。
本课题的研究内容和方法具有一定的创新性和实用性，可以扩展数字电路设计和电子产品的知识面，提高学生的综合素质和动手实践能力。
同时，数字函数信号发生器的设计与实现也对工业界有着一定的参考价值。
研究方法：1. 文献调研法：对数字函数信号发生器的相关文献进行归纳整理，然后进行分析比较，确定设计方案。
2. 系统设计法：以上文献调研为基础，根据不同的功能需要，分析分块的原则，实现设计方案。
3. 软硬件协同设计方法：采用VHDL语言进行设计与仿真，并根据实验要求搭建FPGA硬件平台进行系统验证。
计划进度：第一阶段：系统方案和算法设计（2周）1.1 研究数字函数信号发生器的相关文献，完成方案设计和算法设计。
1.2 着手进行基于FPGA的数字函数信号发生器系统硬件结构设计。
第二阶段：信号发生器模块实现（4周）2.1 完成正弦波、方波、三角波等基本信号的实现模块。
2.2 完成基于PWM调制的方波、三角波的实现模块。
第三阶段：调试和测试（2周）3.1 将设计的数字函数信号发生器实现到FPGA硬件平台上进行测试。
3.2 对波形频率、幅值等进行调试和测试。
一种基于FPGA随机脉冲信号发生器的研制的开题报告
一种基于FPGA随机脉冲信号发生器的研制的开题报告题目：一种基于FPGA随机脉冲信号发生器的研制研究背景：随着现代电子技术的快速发展，各种电子设备的应用越来越普及。
在电子设备的测试和故障诊断过程中，经常需要使用到各种类型的信号发生器。
随机脉冲信号发生器作为一种新兴的信号发生器，可以在测试和故障诊断过程中发挥重要作用。
然而，目前市面上的随机脉冲信号发生器价格昂贵，且功能单一。
因此，基于FPGA的随机脉冲信号发生器具有很大的应用前景。
研究内容和目的：本研究旨在开发一种基于FPGA的随机脉冲信号发生器，具有高性能和较低的成本。
通过利用FPGA的硬件资源，实现多通道、高频率和高精度的随机脉冲发生，并且能够实现用户自定义的随机脉冲信号。
研究方法和技术路线：1.系统设计和功能分析：根据需求和功能要求，设计FPGA的硬件平台，并分析随机脉冲信号发生器的基本功能。
2.信号生成算法及存储器设计：利用ASIC语言实现随机脉冲信号生成算法，并实现高速和大容量的存储器，储存信号生成算法生成的随机脉冲信号。
3.FPGA控制器设计：基于FPGA控制器实现信号生成算法和存储器的搭配。
将储存在存储器中的随机脉冲信号提取，并将其转换为模拟电压信号，然后输出到外部电路中。
4.系统测试和结果分析：对所设计的随机脉冲信号发生器进行性能测试，并对测试结果进行分析和评估。
预期成果及意义：随机脉冲信号发生器是电子测试与故障诊断中的重要设备。
本研究成功开发的基于FPGA随机脉冲信号发生器具有多通道、高频率、高精度、用户定义等特点，可广泛应用于电子测试与故障诊断中，并为电子设备的研究和应用提供了更为便捷和经济的解决方案。
FPGA信号发生器毕业设计开题报告
1.2国内外发展现状
信号发生器是一种最悠久的测量仪器，早在20年代电子设备刚出现时它就产生了。随着通讯和雷达技术的发展40年代出现了主要用于测试各种接收机的标准信号发生器，使信号发生器从定性分析的测试仪器发展成定量分析的测量仪器。同时还出现了可用来测量脉冲电路或用作脉冲调制器的脉冲信号发生器。由于早期的信号发生器机械结构比较复杂，功率比较大，电路比较简单，因此发展速度比较慢。直到1964年才出现第一台全晶体管的信号发生。
传统通信信号发生器信号的产生使用模拟方法，体积大、设备笨重、成本高、功耗大、可靠性差，且精度不高。为了避免传统通信信号发生器的信号发生技术带来的诸多不便同时随着数字信号处理和集成电路技术的发展，DDS (直接数字频率合成Direct Digital Synthesizer)技术被广泛的应用到信号发生器的发生和制作当中。但是，为了迎合大部分普通用户以及适应市场需求，绝大多数的DDS集成芯片只能产生传统正弦波、矩形波、三角波等常用周期波形的信号发生器，并且利用DDS集成芯片来产生的信号具有系统不易扩展、输出信号的带宽不易提高、成本高及可靠性低等缺点。FPGA(Field Programmable Gate Array，现场可编程门阵列)器件具有高速、高可靠性和现场可编程等优点，已应用于数字电路设计、微处理器系统、DSP、通信及ASIC设计等不同的科技领域，因此利用FPGA设计信号发生器具有相当高的优越性和非常广阔的应用前景。
基于MCU与FPGA的DDS信号发生器的研究与实现的开题报告
基于MCU与FPGA的DDS信号发生器的研究与实现的开题报告一、研究背景直接数字合成器（Direct Digital Synthesizer，DDS）是现代通讯中广泛应用的一种方法，其主要作用是通过数字信号直接生成模拟信号。
与模拟合成器相比，DDS发生器具有占用面积小、频率精度高、相位噪声低、输出稳定等优势。
因此，DDS发生器被广泛应用于高频与微波领域，如无线通信、雷达探测等。
本项目旨在开发一种基于单片机(MicroController Unit，MCU)与现场可编程门阵列(Field Programmable Gate Array，FPGA)相结合的DDS发生器，以实现高精度、高效率、高稳定性的信号发生器。
二、研究目的和意义1. 提高信号发生器的精度和效率。
由于MCU与FPGA本身具有高速计算和可编程、可定制的特点，因此结合应用可以提高DDS发生器的精度和效率。
2. 提高信号发生器的稳定性。
利用FPGA实现低相位噪声、低抖动的时钟源，并对DDS发生器中的电路进行分离式布局设计，以此提高信号发生器的稳定性。
3. 实践应用。
DDS发生器在科研领域及相关产业中具有广泛的应用价值。
本项目的实践应用可以为相关领域的发展提供有力支持。
三、研究内容和技术路线1. 系统架构设计。
基于MCU与FPGA的DDS发生器需要具备一定的系统级别设计和架构布局，通过对各个模块之间的耦合性和整体性的考虑，在保证性能的同时实现系统的完整性和可拓展性。
2. 信号生成电路设计。
其中包括频率控制、相位控制、幅度控制等电路的设计。
利用FPGA实现具有高稳定性和低噪声的时钟源电路。
3. MCU编程。
对MCU进行编程，实现DDS发生器的功能，如频率选择、输出控制等。
4. FPGA编程。
利用FPGA进行数据的处理和精确的定时控制，实现DDS发生器的高效率、高精度、低相噪的输出。
5. 系统测试。
通过实验室测试，进行性能测试、精度测试及稳定性测试，评价系统的稳定性、灵敏度以及时域特性等，并进行数据分析和优化处理。
基于FPGA的DDS正弦波信号发生器设计【开题报告】
开题报告电气工程及其自动化基于FPGA的DDS正弦波信号发生器设计一、课题研究意义及现状这些年来随着我国对超大规模集成电路的重视，也发表了许多关于DDS技术的论文，逐步走上了发展的道路，但是在这之中主要是利用DDS技术去实现功能的改进和对性能指标的提高，几乎是没有关于DDS芯片的设计和研发，因此我国在DDS的研究上与国际水平还是有很大的差距。
近几年来我国芯片产业的快速发展，对DDS的研究已经有了突破性的进展从而推动数字信号处理器的飞速发展，使微处理器具有先进的数字信号处理技术，能实现多种功能，对正弦波发生器而言，随着DDS技术的诞生，使波形发生器技术得到进一步的飞跃。
相对与其他频率合成技术，DDS技术产生的正弦波具有全数字化、输出频率精度高、波形失真小、频率稳定度高、分辨率高、输出相位连续可调、控制灵活方便、可产生宽带正交信号及其他多种调制信号以及等特点。
本次研究课题是基于FPGA的DDS正弦波发生器设计，现在FPGA的主流发展趋势就是在FPGA中嵌入可编程的低功耗、高速收发器，具有嵌入式高速收发器的FPGA为数据传输提供了可行的单芯片解决方案，能够快速地解决协议和速率的变化问题，以及为了提高性能和为产品增加新功能时所做的设计修改所需的重新编程问题。
本课题采用FPGA设计实现DDS电路的可行性和可靠性，也更为灵活，可以根据不同的需要对控制方式和接口进行相应的修改，要想使DDS电路产生正弦波形，只要对FPGA中ROM表的数据进行修改。
另外FPGA设计还具有相对较宽的带宽、频率转换时间较短、相位连续变化、频率分辨率高等优点。
同时FPGA芯片还可以对体统进行现场修改和调试，性能也使用要求，所以将DDS设计嵌入到FPGA片所构成的系统中，将使系统具有很高的性价比。
本次研究主要利用的是Quartus Ⅱ软件进行DDS正弦波信号发生器功能的实现进行编译，仿真，培养了自己的动手能力把理论和实际结合起来。
二、课题研究的主要内容和预期目标1．主要内容本次课题的主要内容就是采用DDS技术设计一个正弦波发生器，主控要求用FPGA实现。
基于FPGA的函数信号发生器的实现
的飞速发展 ， 对信 号发 生器的稳定性提 出了更 高的要 求 ， 因此 ， 开发 一款 高稳 定性 的信 号发 生器具有重 大意义。以 Ｑｕ ａ ｒ —
ｔ ｕ ｓ ｌ Ｉ 软件为开发平 台， 采用Ｖ ＨＤＬ输 入 方 式 实现 设 计 。利 用 模 块 化 的 设 计 思 想 实 现 方 案设 计 ， 产 生 六 种 不 同的 输 出信 号 ，
收 稿 日期 ： ２ ０ １ ６ — １ １ － １ ５
作者简介 ： 黄毓 芯（ １ ９ ８ ４ 一 ） ， 女， 福建石狮人 ， 硕士 ， 讲师， 研究方 向： 电子与通信工程 。
１ ５ ５
Ｅｑ ｕ ｉ ｐ ｍｅ ｎ ｔ Ｍａ ｎ ｕ ｆ ａ ｃ ｔ ｕ ｒ ｉ ｎ ｇ Ｔｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ ｇ ｙ Ｎｏ ． ０ ２ ， ２ ０ １ ７
本 多功能 函数信号 发生器可 以产生多种不同的
波形 。其 中有 锯齿波 、 三角波 、 阶梯波 、 方波和正 弦 波闭 。而锯齿波又分为递增和递减两种类 型。系统包
括六个波形产生模块及一个选择控制模块 。本设计 运用 Ｖ Ｈ Ｄ Ｌ语 言 编 写程 序 ， 实现 了各 种 波形 的产 生 ， 并 且 最 后 通 过 ６选 １ 多 路 开关 的设 计 ，实 现 了对 需
函数信号发生器作为简易的信号源 ，在测量仪 器、 部 队设备技术保障 、 仪表和计算机等技术领域应 用十分广泛 ， 并且在这些技术领域 ， 经常需要用到各 种各样波形 的函数信号发生器 ，信号发生器 已成 为 测试仪器 中至关重要 的一类。开发一款高稳定性 的 信号发生器具有重大意义 ，可产生六种不同的输 出 信号 ， 并通过六选一多路选择开关 ， 对所需波形进行 切换 与选 择 。
开发 效率 。
基于FPGA的信号发生器
毕业论文（设计）任务书院（系）：光电学院姓名学号毕业届别2012 专业电子信息工程毕业论文（设计）题目基于FPGA的函数信号发生器设计指导教师学历职称所学专业具体要求：主要内容:介绍了一种由FPGA设计完成的函数信号发生器；较详细的阐述了本设计的设计原理以及硬件设计特点；并创新地实现了上位机软件控制输出信号各项参数的功能。
基本要求:着重培养学生解决实际问题的能力，初步理论研究的能力，查阅文献资料、调查收集信息的能力，独立思考，认真钻研，提出方案并论证方案的能力，设计、计算、绘图能力，开展社会调查，进行综合概括的能力和实验仪器设备的安装、调整和测试的能力，包括实验数据分析和处理的能力，外文阅读、计算机使用能力，撰写实验报告、设计说明书、技术总结和论文的能力，语言表达、思辨能力。
进度安排：4-5周：查找、浏览阅读、翻译文献。
5-6周：素材加工，系统分析。
6-7周：撰写论文大纲。
7-9周：撰写论文。
10周：论文修改完善。
11-12周：定稿，打印论文，准备答辩。
指导教师（签字）：年月日院（系）意见：教学院长（主任）（签字）：年月日备注：[摘要]本系统设计使用Altera FPGA提供的EP2C35为主控制器，完成了基于FPGA的函数信号发生器的设计。
本文首先叙述了系统各模块的设计过程，包括利用DSPBulider 设计DDS信号产生模块的方法，通过Altera的设计工具Quartus II对函数信号发生器进行电路设计的过程；最后进行了硬件设计和调试，包括D/A转换模块、电平转换控制模块、串口通信模块。
通过测试，本设计系统性能良好，各项指标均能较好地完成设计要求，并创新地实现了使用PC机上位机软件控制输出信号各项参数的功能。
[关键词]可编程门阵列；函数信号发生器；DDS；DSPBulider[Abstract]The system design uses Altera FPGAs provide the EP2C35 the main controller, FPGA-based Signal Generator design.This paper first describes the various modules of the system design process, including the DDS signal generator module of the DSPBulider design methods, design tools through Altera's Quartus II function signal generator circuit design process; hardware design and debugging, including the D/A converter module, level shifting, the control module, the serial communication module. Pass the test, the system performance of the design of the indicators can complete the design requirements, and innovation to use a PC host computer software controls the output waveform of various parameters of the function. [Key words] FPGA, Function Generator, DDS; DSPBulider；目录1 绪论 (4)1.1设计背景 (4)1.2国内外信号发生器发展现状 (4)1.2.1信号发生器的发展现状 (4)1.2.2研究信号发生器的目的及意义 (4)1.3本文研究主要内容 (4)2 DDS信号发生器理论介绍 (4)2.1频率合成技术 (6)2.1.1频率合成技术的分类 (6)2.1.2频率合成技术的技术指标 (7)2.1.3直接数字频率合成技术的现状及使用 (8)2.2 DDS的原理及性能特点 (9)2.2.1 DDS的基本原理 (9)2.2.2 DDS的优点 (11)2.2.3 DDS的缺点 (12)3 DDS信号发生器的FPGA实现 (4)3.1 FPGA及其开发环境简介 (20)3.1.1 现场可编程门阵列（FPGA）简介 (22)3.1.2 Quartus II 8.0集成开发环境...............................................................3.1.3 Verilog-HDL语言简介 (25)3.1.4 FPGA开发流程 (25)3.2 DSPBulider简介及开发流程……………………………………………………………3.2.1 DSPBulider简介………………………………………………………………………3.2.2 DSPBulider开发流程…………………………………………………………………3.3 DSPBulider设计DDS信号发生模块……………………………………………………3.4 QuartusII中设计DDS信号控制模块……………………………………………………3.4.1 DDS控制模块……………………………………………………………………………3.4.2 串口通信模块…………………………………………………………………………4系统硬件设计 (4)5系统调试 (4)总结 (19)致谢 (19)参考文献 (20)附录 (20)1 绪论1.1 设计背景直接数字频率合成(Direct Digital Synthesizer)技术是一种新的全数字的频率合成原理，它从相位的角度出发直接合成所需信号。
基于FPGA的函数信号发生器的设计报告
基于FPGA的函数信号发生器的设计报告课题要求1、技术要求（EDA技术，VHDL语言，层次化设计）（1）EDA发展概况电子设计技术的核心就是EDA技术，EDA是指以计算机为工作台，融合应用电子技术、计算机技术、智能化技术最新成果而研制成的电子CAD通用软件包，主要能辅助进行三方面的设计工作，即IC设计、电子电路设计和PCB设计。
EDA技术已有30年的发展历程，大致可分为三个阶段。
70年代为计算机辅助设计(CAD)阶段，人们开始用计算机辅助进行IC版图编辑、PCB布局布线，取代了手工操作。
80年代为计算机辅助工程(CAE)阶段。
与CAD相比，CAE除了有纯粹的图形绘制功能外，又增加了电路功能设计和结构设计，并且通过电气连接网络表将两者结合在一起，实现了工程设计。
CAE的主要功能是：原理图输入，逻辑仿真，电路分析，自动布局布线，PCB后分析。
90年代为电子系统设计自动化(EDA)阶段。
中国EDA市场已渐趋成熟，不过大部分设计工程师面向的是PC主板和小型ASIC领域，仅有小部分（约11%）的设计人员开发复杂的片上系统器件。
为了与台湾和美国的设计工程师形成更有力的竞争，中国的设计队伍有必要购入一些最新的EDA技术。
在EDA软件开发方面，目前主要集中在美国。
但各国也正在努力开发相应的工具。
日本、韩国都有ASIC 设计工具，但不对外开放。
中国华大集成电路设计中心，也提供IC设计软件，但性能不是很强。
相信在不久的将来会有更多更好的设计工具有各地开花并结果。
据最新统计显示，中国和印度正在成为电子设计自动化领域发展最快的两个市场，年复合增长率分别达到了50%和30%。
EDA技术发展迅猛，完全可以用日新月异来描述。
EDA技术的应用广泛，现在已涉及到各行各业。
EDA水平不断提高，设计工具趋于完美的地步。
EDA市场日趋成熟，但我国的研发水平还很有限，需迎头赶上（2）VHDL语言简介ＶＨＤＬ是一种全方位的硬件描述语言，包括系统行为级。
浅议基于FPGA的函数信号发生器的系统设计
浅议基于FPGA的函数信号发生器的系统设计
唐斌
【期刊名称】《信息技术与信息化》
【年(卷),期】2015(000)009
【摘要】本系统设计的是基于FPGA的函数信号发生器，产生频率可调的正弦波、方波、三角波和锯齿波。
本系统以DAC904，OPA2830为主控制芯片，以现场可编程门阵列（FPGA）作为硬件基础。
设计函数信号发生器，直接数字频率合成（DDS）就是预先设定一定数量的波形信号数据，已二进制数据的方式存放在ROM中，通过手动设定所要求的输出信号波形种类以及频率大小（峰值电压通过精密电位器调节），预先存储的二进制数据经过读取输出，再经过DAC904数/模转换和运放OPA2830放大，最后通过RC/LC滤波器滤波后得到所需信号的波形，查表合成波形的方法可以满足产生任意波形的要求。
本文的目的是研究函数信号发生器的设计方法，在精度要求不是特别高的情况下，寻找一种较为便利的方法获取想要的信号波形。
【总页数】2页(P210-210,211)
【作者】唐斌
【作者单位】桂林市信息化工业化融合办公室广西桂林 541000
【正文语种】中文
【相关文献】
1.基于FPGA的函数信号发生器设计 [J], 黄鹏勇
2.基于FPGA的DDFS函数信号发生器设计 [J], 黄丽
3.基于FPGA的函数信号发生器的实现 [J], 黄毓芯
4.基于FPGA的三通道函数信号发生器 [J], 胡善伟
5.基于FPGA的函数信号发生器设计 [J], 王译平
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基于FPGA的数字量信号源设计开题报告
RS-422（EIA RS-422-A Standard）是Apple的Macintosh计算机的串口连接标准。RS-422使用差分信号，RS-232使用非平衡参考地的信号。差分传输使用两根线发送和接收信号，对比RS-232，它能更好的抗噪声和有更远的传输距离。在工业环境中更好的抗噪性和更远的传输距离是一个很大的优点[16]。
[14]SHA Xue-jun.Design and implementation of digital switch for trunking system.Journal of Harbin Institute of Technology.Vol.7, No.2, 2000
基于fpga的信号发生器
JIANGSU UNIVERSITY OF TECHNOLOGY FPGA技术实验报告基于FPGA的DDS技术的信号发生器设计学院：电信学院专业：电子信息工程班级：姓名：学号指导教师：朱雷、陈海忠设计时间: __2014年2月16日——2014年2月28日目录1．基于FPGA的DDS信号发生器设计选题背景2 FPGA硬件系统设计2.1 功能要求2.2 FPGA硬件系统组成2.3 FPGA最小系统简介2.4 FPGA外围电路设计2.4.1 开关电路设计2.4.2 DAC0832电路设计2.4.3 LM358电路设计2.5 硬件电路调试及结果分析3基于DDS技术的信号发生器设计3.1 功能要求3.2 整体设计3.3 DDS技术的基本原理3.3.1累加器3.3.2 波形存储器3.4 程序设计3.4.1 方波产生程序设计及仿真3.4.2 三角波产生程序设计及仿真3.4.3 正弦波产生程序设计及仿真3.4.4 锯齿波产生程序设计及仿真3.4.5 AM及DSB产生程序设计及仿真3.4.6 顶层程序设计及仿真(1) 程序的功能(2) 结构图或实体图(3) VHDL程序及注释(4) 仿真波形及分析4设计分析与总结4.1 故障分析设计过程中出现的故障分析4.2功能分析4.3 设计总结及感想5 参考文献6 附录（1）硬件原理图（2）程序模块1基于FPGA的DDS信号发生器设计选题背景1.1系统背景现场可编程逻辑门阵列FPGA，与PAL、GAL器件相比，他的优点是可以实时地对外加或内置得RAM或PROM编程，实施地改变迄今功能，实现现场可编程(基于EPROM型)或在线重配置（基于RAM型）。
是科学试验、演技研制、小批量产品生产的最佳选择其间。
自上世纪70年代单片机问世以来，它以其体积小、控制功能齐全、价格低廉等特点赢得了广泛的好评与应用。
由单片机构成的应用系统有有体积小、功耗低控制功能强的特点，它用利于产品的小型化、多功能化和智能化，还有助与提高仪表的精度和准确度，简化结构、减小体积与重量，便于携带与使用，降低成本，增强抗干扰能力，便于增加显示、报警和诊断功能。
基于FPGA的函数信号发生器设计
基于FPGA的函数信号发生器设计函数信号发生器是一种能够产生不同类型信号的测试设备，通常在电子电路实验中使用。
基于FPGA的函数信号发生器设计利用可编程逻辑器件FPGA，可以实现更高的灵活性和可定制性，同时减少了硬件开发成本。
本文将详细介绍基于FPGA的函数信号发生器的设计原理、主要模块和实现方法。
一、设计原理二、主要模块1.时钟生成器模块：时钟信号是产生各种信号波形的基础，因此需要设计一个时钟生成器模块来产生稳定的时钟信号。
可以使用FPGA内部的锁相环（PLL）或计数器来实现。
2.波形选择模块：为了产生不同类型的信号波形，需要设计一个波形选择模块。
通过该模块，用户可以选择所需的信号波形，如正弦波、方波、三角波等。
3. 波形生成模块：根据用户的选择，使用FPGA内部的逻辑门电路来实现不同类型的信号波形的生成。
可以利用查找表（Look-Up Table，简称LUT）来存储不同波形的采样点数据，并通过控制逻辑将这些数据输出为相应的信号波形。
4.频率控制模块：通过频率控制模块，可以对信号波形的频率进行控制。
可以根据用户的输入，通过改变时钟信号的频率或改变波形采样点的间隔来实现频率的调节。
5.幅值控制模块：通过幅值控制模块，可以对信号波形的幅值进行控制。
可以通过改变逻辑门的阈值电压或者改变DAC（数字模拟转换器）的输出电平来实现幅值的调节。
三、实现方法2.硬件设计：根据设计需求，选择合适的FPGA芯片、外部时钟源、AD/DA转换器等外部器件。
根据电路原理图，进行相应的电路布局和连线。
在确认电路无误后，进行焊接和组装工作。
在软件和硬件设计完成后，可以通过控制板上的按钮、旋钮等输入设备来调节信号波形的频率、幅值等参数，从而实现不同类型的信号波形的生成。
总结：基于FPGA的函数信号发生器设计利用FPGA的可编程特性，可以实现信号波形的灵活生成和控制。
通过设计合适的模块，可以产生多种类型的信号波形，并对其频率、幅值等参数进行调节。
多功能函数信号发生器-开题报告
一、研究目的与意义研究目的与意义：函数信号发生器是信号源的一种，主要给被测电路提供需要的已知信号，然后同其他仪表测量感兴趣的参数。
它不是测量电路，而是根据使用者的要求作为激励源，仿真各种测量信号，提供给被测电路，以满足测量或各种实际需要。
目前我国在研究信号发生器方面有可喜的成就。
但总的来说，我国信号发生器没有形成真正的产业。
中国函数发生器产业发展中出现的问题中，如产业结果不合理、产业集中于劳动力密集型产品；技术密集型产品明显落后于发达工业国家；生产要素决定性作用正在削弱；产业能量消耗大、产出率低、环境污染严重、对自然资源破坏力大；企业总体规模偏小、技术创新能力薄弱、管理水平落后等。
就目前国内的成熟产品来看，核心部分存在成本高、控制不方便、创新能力小等缺点，因此和国外相比技术存在比较大的差距，所以开发出高性价比的函数发生器，从而与国外技术有所比拼，并且打破国外技术垄断，对目前我国发展中的电子业来说，是具有刻不容缓的作用的。
随着电子技术的发展，电路测试对信号发生器的要求已经越来越高。
除生成标准波形如正弦波、方波、三角波、脉冲波之外，信号发生器还要用于模拟输出一些不规则信号，以生成“实际环境”信号，包括在被测设备离开实验室或车间时可能遇到的毛刺、漂移、噪声和其它异常事件等。
所有这些都要求信号发生器输出信号的参数如频率、波形、输出电压或功率等，能够在一定范围内进行更加精确的调整，并拥有更好的稳定性及输出指示。
目前市场上常见的信号发生器，按照价格与适用性大致可以分成高、中、低端，但由于品牌、型号冗繁，使用者在采购过程中面临很大难题。
低端产品：DDS技术提高产品适用性通常价位在5,000元上下的信号发生器都是定位在普及水平的低端产品，这类产品由于性能指标的限制，多应用于教育和培训，常见如下图1-1所示：普源精仪的DG1000系列、石家庄无线电四厂的TF G2000系列、南京盛普的SPF05/SPF10和台湾固纬的SFG-830。
基于FPGA的DDS信号源设计的开题报告
基于FPGA的DDS信号源设计的开题报告一、研究背景随着电子技术的不断发展，数字信号处理技术在通信、雷达、测量等领域得到了广泛的应用。
其中，基于FPGA的DDS（Direct Digital Synthesizer，直接数字合成器）信号源是实现高精度、高速、具有频率和相位可编程功能的一种常见的数字信号处理技术。
因此，本研究旨在探究基于FPGA的DDS信号源设计，以期应用于通信、雷达等领域。
二、研究内容本研究将以FPGA为硬件平台，采用Verilog HDL语言进行开发，实现一个基于DDS的数字信号源。
具体研究内容如下：1. DDS原理及数学模型研究。
介绍DDS的基本工作原理、数学模型及相关数学知识，为后续开发奠定基础。
2. DDS信号源实现原理研究。
介绍基于FPGA实现DDS信号源的原理，探究其设计方法及特点。
3. Verilog HDL语言研究。
介绍Verilog HDL语言基本语法及常用方法，为后续开发提供必要的编程技能。
4. DDS信号源设计与开发。
采用Verilog HDL语言进行设计和开发，根据实际需求和要求进行相关参数的设置和优化，进一步完善DDS信号源功能。
5. DDS信号源性能测试与评估。
通过实验对DDS信号源进行性能测试和评估，验证硬件实现的正确性和稳定性，并进一步改进性能。
三、研究意义1. 提高频率、相位、稳定性等指标。
DDS信号源的设计旨在提高其精度和速度，以满足通信、雷达等领域对信号源的高要求。
2. 减少噪声和失真。
基于FPGA的DDS信号源可以减少噪声和失真的发生，增强信号质量，提高传输质量。
3. 升级现有设备。
DDS信号源可以作为现有设备的升级组件，提高设备的效率和性能，降低后续维护和改进的成本。
四、预期成果本研究旨在开发一个高精度、高速、相位和频率可编程的DDS信号源。
通过测试和评估，期望得到下列预期成果：1. 实现一个基于FPGA的DDS信号源原型。
2. 确定DDS信号源的性能指标。
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幅度调制
图1DDS原理框图
DDS的工作过程为:频率控制字在每个时钟周期累加一次，得到的柑位值被送到ROM中対 其进行查农,ROM将相位值转换为与Z对应的幅度值，该数字化的幅度值序列经数模转换和 低通滤波后得到所需的输出频率。
DDS主要山相位累加器、波形存储器、数模转换器DAC以及低通滤波器LPF组成。
三、预计达到目标
掌握采用可编程逻辑器件实现数字电路与系统的方法，熟悉并掌握采用X订inx_ISE软 件开发可编程器件的过程，利用Xilinx公司的Spartan-3E FPGA芯片设计一个函数信号发 生器°能输出止弦波、矩形波、三角波、锯齿波等。输出信号的频率、幅度等均可调°
四、关键理论和技术
1.
FPGA是在PAL、GAL、CPLD等可编程器件的基础上进一步发展的产物。它是作为专用 集成电路(ASIC)领域中的一种半定制电路血出现的，既解决了定制电路的不足，又克服了原 有可编程器件门电路数有限的缺点。
电路设计与输入是利用EDA工具的文本或图形编辑器将设计者的设计意图用文本方式 （如VIIDL程序）或图形方式（原理图、状态图）表达出来。完成设计描述后即可通过编译器进 行排错编译,变成特定的文本格式，为下一步的综合做准备。编译完成后，在综合前即可对所 描述的内容进行功能仿真。功能仿真仅对设计描述的逻辑功能进行测试模拟，以了解其实现 的功能是否满足原设计的要求，仿真过程不涉及具体器件的硬件特性。
FPGA具备一下特点：
i.釆用FPGA设计ASIC电路(专用集成电路)，用八不需要投片生产，就能得到合用的芯片。i.FPGA可做其它全定制或半定制ASIC电路的中试样片。
iii.FPGA内部有丰富的触发器和I/O引脚。
iv.FPGA是ASIC电路中设计周期最短、开发费用最低、风险最小的器件之一。
v.FPGA采用高速CMOS工艺，功耗低，可以与CMOS、TTL电平兼容。
iv・低通滤波器
低通滤波器是对DAC转换器输出的模拟阶梯信号进行平滑处理，并滤除英中的高 频分量，形成平滑的波形输出。
五、完成课题的方案及主要措施
1.
一般來说,完整的FPGA设计流程包括电路设计与输入、功能仿真、综合优化、综合后仿 真、布局布线、布局布线后仿真、板级仿真与验证、加载配置与在线调试等主要步骤，如图4所示。
本课题的意义在于将FPGA可编程的特性与直接数字频率合成(DDS)技术精确和快速的 特性有机地结合起來，既实现了函数信号发生器的灵活配置，减小体积,有效地降低开发的成 本，又町以实现函数信号发生器的输出频率、相位和幅度在数字处理器的控制下精确而快速 地变换。在我国，高精度的标准信号源产品较少并口产品落后，可靠性较差，并口研究起步较 晚，与国外发达国家比较水平差距比较大，所以现在研究基于直接数字频率合成技术与FPGA相结合的函数发生器并II研制出相关的产品将对我国国防、科研、教育起到深远的意义°
取样点数
256
16384
16777216
4294967296
图3相位一幅度转换图
ill.数模转换器DAC
数模转换器的作用是将波形存储器输出的幅度序列转换成为电平输出。山于DAC转换速 率的影响，输出信号并不能真止地连续可变，而是阶梯状的模拟信号。山于DAC的性能有接影 响了DDS的输出频谱，所以选择良好的DAC必须考虑儿个主要原则:位分辨率、变换精度和速 度、编码方法、最大参考时钟频率等等。
在当前数字领域中，大多数新型函数发生器止釆用DDS这一种新技术，如美国的Anient、Tektronix、Keithley,述有台湾的固纬等都在积极采用这一技术制造新式的函数 信号发生器。例ill Agilent的33220A,它能产生17种波形，最高频率可达到20MIIZ,分辨率为1u Hz,并且能够通过USB、LAN和GPTB进行配置，波形形成的操作性很好。目前我国研制的 函数信号发生器取得了一定的成果，但总的來说，我国函数信号发生器还没有形成真止的产 业，并且研制的函数信号发生器的性能和国外器件相比较而言性能差距述比较大。就目前国 内的成熟产品来看很少，并且我国目前在函数信号发生器的种类和性能都与国外同类产品存 在较大的差距，因此加紧对这类产品的研制是十分必要的。
可以说，FPGA芯片是小批量系统提高系统集成度、可靠性的最佳选择之一。
FPGA是宙存放在片内RAM中的程序来设置其工作状态的，因此，工作时需要对片内的RAM进行编程。用户可以根据不同的配置模式，采用不同的编程方式。
加电时,FPGA芯片将EPROM中数据读入片内编程RAM中，配置完成后,FPGA进入工 作状态。掉电后,FPGA恢复成白片,内部逻辑关系消失，因此,FPGA能够反复使用。FPGA的编程尢须专用的FPGA编程器，只须用通用的EPROM.PROM编程器即可。当需要修改FPGA功能时，只需换一片EPROM即可。这样，同一片FPGA,不同的编程数据，可以产生不同的 电路功能。因此，FPGA的使用非常灵活。
综合优化是指将HDL语言、原理图等设计输入翻译成山与门、或门、非门、RAM、触发 器等基本逻辑单元组成的逻辑连接（网表），并根据目标与约束条件优化所生成的逻辑连接, 输出标准格式的网表文件，供布局布线器实现°
加载配置与在线调试
图4FPGA设计流程
综合后仿真的主要目的是检杳综合器的综合结果是否与设计输入一致，但并不精确，只能 估计门延时。布局布线是根据FPGA厂商提供的软件工具,根据所选芯片的型号，将综合输出 的逻辑网农适配到具休的FPGA器件上，合理止确连接各个元件。布局布线后就进行时序仿真, 这种仿真可以全面检查门延时和线延时的信息，还可以检杏设计中是否有竞争与冒险。山于 不同器件的内部延时不一样，不同的布局方案也给时延造成不同的影响，因此在设计处理完 成后，对系统冬个模块进行吋序仿真，分析其吋序关系，估计设计的性能，以及检查和消除竞 争冒险是非常有必要的。与前面的仿真相比，这种仿真包含的吋延信息垠为全面、准确，能较 好地反映芯片的实际工作情况⑶。
锁相涪号发生器是山调谐振荡器通过锁相的方法获得输出信号频率的信号发生器。这种 信号发生器频率精度和稳沱度高，但快速切换频率比较困难，同时输出信号的频率分辨率较 差。合成信号发生器曲用三种方法进行频率的合成。第一•种为直接频率合成，是利用单个或 多个不同频率的晶体管振荡器作为基准信号源，经过倍频、分频、混频等途径直接产生许多 离散频率的输出信号。第二种是锁相频率合成器，是基于锁相环的同步原理，山数字鉴相器、 分频器加模拟环路滤波和圧控振荡器间接产生所需频率输出的一种技术。第三种为冇接数字 频率合成技术，是i种基于全数字技术，从相位概念出发直接合成所需波形的一-种频率合成 技术，不仅可以产生不同频率的正弦波,ifuKW以控制波形的初始相位,并能以此方法产生任 意波形。
随着电子技术的不断发展与进步，现代的电子测量、通信系统越来越需耍有高精度和灵 活的信号发生器进行测量和调试。原有的信号发生器的性能C经难以满足现在的耍求，现在 不仅要求能产生标准的波形,I何口要求函数发d器的输出波形质量好，输出频率范围宽，频率 转换速度快并U频率转换吋波形的相位需要连续。为了适应现代电子技术的发展和市场要求, 研究制作高性能的函数信号发生器则具有重大的意义。
设计开发的最后步骤就是在线调试或者将产生的配直文件通过编程器或下载电缆 写到目标芯片中。
2.
如图5所示：
•按键输入：波形选择、频率控制、幅度控制、相位控制。
•Basys2 FPGA：生成要求的波形。
•DAC：数模转换器，完成数字信号到模拟信号的转换。
•低通滤波器：过滤高频信号，使输出波形更光滑。
•后级放大电路：看输出信号情况，如需要，则对信号进行放大。
2.
DDS是从相位概念出发,山不同的相位给出不同的电压幅度，最后滤波、平滑输出所需要 的频率，其实质就是利用采样定理以参考频率源对相位进行等可控间隔采样。DDS-般山四 部分纽•成:相位累加器(PA)、相位一-幅度转换表(ROM)、数字一模拟转换器(DAC)以及低通滤 波器(LPF) o其工作原理框图如图1所示。
基于
一、课题来源、目的、意义
函数信号发生器是广泛应用于系统检测调试、自动测昴控制和教学实验等领域的多波形 信号源，它可以产生正弦波、三角波、锯齿波、方波等多种波形，山于其输出的波形均可用数 学函数描述,故命名为函数信号发生器。函数信号发生器在工业生产、产晶开发、科学硏究 等实验测试中起着十分重要的作用，除供通信、仪表和自动控制系统测试用外,还广泛用于生 物医学等各个领域的测试
虽然现在各大芯片制造商都推出了采用先进CMOS工艺生产的高性能专用直接数字频率 合成(DDS)芯片，为电路设计者提供了多种选择，但专用的DDS芯片的局限性在于其价格昂贵, 不易扩展。目前,大规模可编程逻辑器件(PLD)得到越来越广泛的应用，其强大的功能也逐步 从各种器件中显露出來。如今的可编程器件在其白身功能愈加强大的同时，更使系统趋于小 型化，高集成度和高可靠性。与此同时，器件所具有的静态可重复编程和动态在系统重构的特 性，使得系统设计周期大大缩短，降低了设计费用和设计风险，极大的提高了电子系统设计的 灵活性和通用性。其中现场可编程门阵列(FPGA)编程灵活!应用范围广，而口逻辑功能较复杂 的小型系统可以在一•片FPGA屮实现。山于FPGA实现DDS技术在一些方面存在着DDS芯片不 能取代的优势，并H可以实现多个DDS芯片的功能，除了能满足用户对特殊功能的要求外，还 可以在器件选择上有更大的选择余地，所以本文提出基于FPGA实现采用直接数字频率合成 技术实现可编程函数信号发生器的实现方案,并给出了详细的设计方法。