开题报告模版-正弦信号发生器的设计

毕业设计（论文）

开题报告

题目正弦信号发生器的

FPGA设计

专业光信息科学与技术

班级光信072

学生周力强

指导教师杨秀芳

2011 年

一、毕业设计(论文)课题来源、类型

本课题是在长期研究可编程逻辑技术及数字逻辑原理基础上提出的，通过对于FPGA及VHDL硬件描述语言的了解与研究，以及对于开发软件Quartus Ⅱ的掌握，所进行的正弦信号发生器的设计。

课题来源：自选课题。

课题类型：系统设计。

二、选题的目的及意义

信号发生器是各种测试和实验过程中不可缺少的工具，在通信、测量、雷达、控制、教学等领域应用十分广泛。不论是在生产、科研还是在数学上，信号发生器都是电子工程师信号仿真实验的最佳工具，而且，信号发生器的设计方法多，设计技术也越来越先进。随着我国经济和科技的发展，对相应的测试仪器和测试手段提出了更高的要求，信号发生器已成为测试仪器中至关重要的一类，因此开发信号发生器具有重大意义。本课题的目的是研究正弦信号发生器的设计方法，设计出具有调频、调幅功能的正弦信号发生器。本文是以现场可编程门阵列（FPGA）作为硬件基础，先将所需要产生的正弦信号波形的一个周期的若干个采样点的二进制信息存储在波形存储器（ROM）中，再通过硬件电路依次从波形存储器中读取出来。经数模转换以及滤波后得到正弦信号的波形。

三、本课题在国内外的研究状况及发展趋势

正弦信号主要用于测量电路和系统的频率特性、非线性失真、增益及灵敏度等。按频率覆盖范围分为低频信号发生器、高频信号发生器和微波信号发生器；按输出电平可调节范围和稳定度分为简易信号发生器（即信号源）、标准信号发生器（输出功率能准确地衰减到-100分贝毫瓦以下）和功率信号发生器（输出功率达数十毫瓦以上）；按频率改

变的方式分为调谐式信号发生器、扫频式信号发生器、程控式信号发生器和频率合成式信号发生器等。信号发生器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、频率或高或低的振荡器。

四、本课题主要研究内容

1、安装QuartusⅡ开发工具软件，熟悉QuartusⅡ基本使用方法。

2、查阅资料，熟悉数字逻辑电路分析和设计方法，学习数字电路描述语言VHDL(Very High Speed Integrated Circuit Hardware Description Language)或Verilog HDL。

3、在对于FPGA的结构和特性了解的基础上，设计出正弦信号发生器的两种实现方案。

4、对两种方案进行时序仿真测试，验证其设计的正确性。

5、完成引脚锁定和编程下载，使用嵌入式逻辑分析仪进行实时测试。

6、完成文献综述及翻译外文资料。

五、完成论文的条件和采用的研究手段（途径）

1、首先查阅相关的资料，了解FPGA的三大组成部分：

①二维的逻辑块阵列（逻辑单元），构成了器件的逻辑组成核心；

②输入/输出模块；

③连接逻辑块的互联资源，用于逻辑块之间，逻辑块与输入/输出块之间的

连接。

2、熟悉VHDL硬件描述语言的组成部分及其功能；

①库。其功能是用来存放已经编译的实体说明、结构体、程序包和配置；

②程序包。其功能是用来存放各种设计模块都共享的类型、常量和子程序等；

③实体说明。其功能是用来描述设计系统的外部接口特征；

④结构体。其功能是用来描述设计系统的行为和结构；

⑤配置。其功能是用来描述设计实体和元件或者结构体之间的连接关系。

3、熟悉QuartusⅡ开发工具的设计流程：

①设计输入。②综合。③布局布线。④时序分析。⑤仿真。⑥编程和配置。

4、设计出基于QuartusⅡ开发环境下的正弦波发生器方案：

①将要产生的波形数据存入FPGA的ROM中；

②在一定的频率的作用先使计数器循环计数，并且将计数器的输出作为读取波形存储器ROM的地址；

③读出的波形数据送至D/A转换器，D/A转换器输出的波形经低通滤波处理后，便输出了光滑的模拟信号。

计，是常规检查的革新方案；无限远平场长工作距离物镜，使得观察标本

视野更平坦、亮度更高、反差更强，且更容易观察活细胞的状态；配备标准相衬环板，中心可调，可观察低反差或透明标本的鲜明图像。

2、拟定显微镜光学系统总体方案：

（1）生物显微镜光学系统外形尺寸计算：

①物镜数值孔径NA的计算：NA=0.61λ/σ=0.6mm sinu=0.6

②令β=﹣10 Γ=20 得ƒ1'=﹣Lβ/（1－β）²= 15mm

ƒ2'=250/Γ=12.5mm

③显微镜总焦距F：F=250/Ғ=1.25mm

④物镜线视场：2y=0.9mm 目镜线视场：2y'=β*2y=9mm

目镜视场角2w'：tanw'=2y'/2(ƒ2')=0.36 得w'=20

⑤出瞳距L''的计算：1/L''－1/L'=1/ƒ2' 得L''=13.46mm

⑥出瞳直径2a'的计算：D'=2a'=1.9mm

⑦L=Ī像－Ī物=180mm β=Ī像/Ī物=﹣10 得Ī像=164Ī物=16

⑧物镜作为孔径光阑：D物=2Ī物tanu＋1=25mm

目镜通光口径：D目=2（L''tanw'）＋D'=11.59mm

（2）根据上述计算，得出显微镜光学系统图。