基于FPGA的正弦信号发生器的设计
基于FPGA的DDS正弦信号发生器设计
4后 端模 拟电路设 计
4 . 1 D A 转换电路 模块 DAC 9 0 4是一款 是 l 4位分辨 率 1 6 5 Ms P s 采样率的高速并行 DAC,可 以轻松处理 F P G A 的 GP I O口以 1 0 0 MH z输 出 的 正 弦 波 幅数 字 信号 与 时钟 ,将 其 转换 为单 端 电流信 号 。但
高功率 的放大 ,只需并联 多个 T HS 3 0 9 1即可 实 现 。
信 号,用 V C A 8 1 0实现幅值 可控 , 输 出端 用 T H S 3 0 9 1 设 计 功 率 放 大 电路 实现对 负载 的驱 动。采 用无 源滤 波 网络 滤波 实现 高频信 号 滤 除。本 设计 在 同类 电路 中做 到 了 精 准、稳 定、高效。
作 用 ,如 图 1 所 示,为交互方便,采用 4 * 4按
2 MHz ,5 MHz , 单 片 机 调 整 输 出 波 幅 峰 值 到
1 0 0 mV与 3 v , 观察波形失真情况 。 经 实 测, 在 1 ~ 5 MHz , 输 出 电 压 1 0 0 mV~ 3 V范 围内输 出波形无 明显失真 , 频率 稳定度优于 l 0 . 5 。系统工作精确稳定 。
设 定正 弦频 率分 别为 1 Hz ,2 0 Hz 2 0 0 k H z
,
1 引 言
函数信号 发生器是 电路设计 的重 要仪器 , 主流设计采用 直接数字 频率合 成 ( D DS 1 技术 ,DSI P核等模块 。 单 片机 用 MS P 4 3 0 F 2 6 l 8 , 在系 统中起主控
把信 号发 生器 的频 率稳 定度 、准确 度提 高到 与基 准频 率相 同 的水平 ,可 以在很 宽 的频域
基于fpga的dds正弦信号发生器的设计和实现
基于FPGA的DDS正弦信号发生器的设计和实现引言在电子领域中,正弦信号是一种重要的基础信号,被广泛应用于通信、音频、视频等各个领域。
而DDS(Direct Digital Synthesis)直接数字合成技术则是一种通过数字方式生成高精度、高稳定性的正弦波信号的方法。
本文将详细介绍基于FPGA的DDS正弦信号发生器的设计和实现。
设计目标本次设计旨在实现一个可配置频率范围广泛且精度高的DDS正弦信号发生器。
具体设计目标如下: 1. 实现频率范围可调节,覆盖从几Hz到数十MHz; 2. 提供高精度的频率控制,满足特定应用场景对频率稳定性和相位精度的要求; 3. 支持模数转换器(DAC)输出,并能够通过外部接口控制输出幅值; 4. 使用FPGA作为主要硬件平台,以满足高速计算和灵活配置需求。
系统架构基于FPGA的DDS正弦信号发生器主要由以下几个部分组成: 1. 数字控制模块(Digital Control Module):负责接收外部输入的频率、相位和幅值等参数,并将其转换为对DDS核心模块的控制信号; 2. DDS核心模块(DDS Core Module):根据接收到的控制信号,通过数学运算生成正弦波形的离散采样值; 3. 数字模拟转换模块(Digital-to-Analog Converter, DAC):将DDS核心模块输出的数字采样值转换为模拟电压信号; 4. 输出放大器(Amplifier):用于放大DAC输出的电压信号,并通过外部接口提供可调节幅值的正弦波输出。
DDS核心模块设计DDS核心模块是整个系统中最关键的部分,它负责根据输入参数生成正弦波的离散采样值。
下面是DDS核心模块设计中需要考虑的几个关键要素:相位累加器相位累加器是DDS核心模块中最基础且重要的组件之一。
它根据输入的频率和时钟信号,在每个时钟周期内累加相位增量,从而实现相位连续变化。
相位累加器可以使用一个定点数或浮点数寄存器来表示,并通过固定步长进行相位递增。
基于FPGA的正弦波PWM信号发生器的设计
图 3 输出恒定频率的 PWM 波原理 Fig. 3 Principle of PWM wave output with constant
frequency
基于上述插空法,在产生高低不同的信号时,输出 的 PWM 波频率恒定,大大降低了后级滤波电路的复杂
度。若信号比较弱,可以在滤波电路后加一级放大 电路。
Design of Sine-Wave PWM Signal Generator Based on FPGA
YAO Hong-qiang, CHEN Rong-rong
( School of Internet of Things of Engineering,Jiangnan University,Wuxi 214122,China)
288
江 南 大 学 学 报 ( 自 然 科 学 版)
第 11 卷
律变化的脉冲波。这些脉冲波经过低通滤波后即 对应正弦信号的一个周期波形。
ROM_data 中的数据是在 FPGA 芯片内部调用 ROM 的 IP 核。将一个周期的正弦函数进行 M 点的 离散,可根据实际情况选取 M 的大小,然后计算出 离散后的正弦数据所对应的占空比的值,并将计算 后所得的数据按顺序存储到 FPGA 的 ROM 中。对 于一定频率的时钟信号,如果 M 值较大,则输出信 号的 频 率 较 低,反 之 输 出 信 号 频 率 较 高,同 时 精 度 也会降低。设计中,可根据需要选取 5 个ROM_Data 数据块 之 一。实 验 中,对 于 一 定 时 钟 信 号 频 率 f, M = 64和 M = 128 时产生的 PWM 波的频率为 f1 ,f2 ( f1 = 2f2 ) ,为了降低滤波电路的复杂度,使用插空 方法让 FPGA 输出频率恒定的 PWM 波。假定输出 频率恒为 f1 的 PWM 波,图 3 是工作原理示意图。
基于fpga的dds正弦信号发生器的设计和实现
基于fpga的dds正弦信号发生器的设计和实现
基于FPGA的DDS正弦信号发生器可以使用数字信号处理技术实现。
下面是一个基本的设计和实现步骤:
1. 确定系统需求:首先,确定所需的输出信号频率范围、分辨率和采样率等系统参数。
这些参数可以根据实际应用来确定。
2. 设计正弦表:根据系统需求,设计一个包含所需频率范围内所有可能的正弦波的正弦表。
可以使用固定小数点表示法来表示正弦表中的采样值。
3. 设计相位累加器:使用一个32位计数器作为相位累加器,其计数速度由所需的输出信号频率和FPGA时钟频率决定。
每个时钟周期,计数器值自动增加到下一个相位值。
4. 选择相位值:使用相位累加器的值在正弦表中查找对应的相位值,并将其作为输出信号的采样值。
5. 数字输出:将采样值经过DAC(数字模拟转换器)转换为模拟信号,并将其输出。
6. 配置FPGA:将设计好的数字电路加载到FPGA芯片中,并配置FPGA内部的寄存器、时钟和IO管脚等。
7. 测试和调试:对设计好的系统进行测试和调试,确保输出信号的频率、精确度和稳定性符合要求。
这是一个基本的设计和实现步骤,具体的实现方法和细节可能因FPGA型号、工具和应用需求而异。
在实际应用中,还可以加入滤波器、幅度控制、相位调制等功能以满足更多需求。
基于FPGA的正弦信号发生器
摘要系统设计以ALTERA公司CycloneIII FPGA开发板为硬件平台,以DDS技术为设计核心,运用SOPC和NIOS软核技术而总体设计实现。
系统DDS模块实现1KHZ-10MHZ正弦信号输出,频率步进包含10HZ-1MHZ的10为数量级的所有步进,可以实现任一频率调节,1KHZ频率误差优于10-4;完成了调幅、调频、二进制ASK和二进制PSK 调制的输出功能,并很好地满足了相应模块的指标,拥有很高的精确度和稳定度;实现了键盘、数码管、LED和串口的控制和显示,人机界面友好且易于操作,具有很好的使用价值。
关键词:DDS 信号调制 DAC FPGA NIOS目录摘要 (1)目录 (2)1.实验任务及要求 (3)1.1 实验任务 (3)1.2 实验要求 (3)1.2.1 基本要求 (3)1.2.2 发挥部分 (3)2. 设计方案选择 (4)2.1 方案比较 (4)2.2 系统设计方案 (4)3. 分模块设计与实现 (5)3.1 硬件部分实现 (5)3.2 DDS的设计实现 (6)3.3 AM的设计实现 (7)3.4 FM的设计实现 (7)3.5 2ASK的设计实现 (8)3.6 2PSK的设计实现 (9)3.7 Quartus硬件设计 (10)3.8 NIOS软核控制 (11)3.9 人机界面设计 (11)4. 调试效果图 (12)5. 问题及解决方案 (14)6. 组员分工........................................ 错误!未定义书签。
7. 总结与感想...................................... 错误!未定义书签。
参考文献.. (14)附录 (16)1.实验任务及要求1.1 实验任务设计一个可输出正弦波,频率可调的简易信号发生器。
1.2 实验要求1.2.1 基本要求1、正弦波输出频率范围:1KHz~10MHz;2、具有频率设置功能,频率步进为100Hz;3、输出信号稳定度:优于10-4;4、输出电压幅度:在负载电阻50Ω上的电压峰-峰值Vopp≥1V;5、失真度:用示波器观察时无明显失真;6、独立焊接、调试DAC904电路1.2.2 发挥部分在完成基本要求任务的基础上,增加如下功能:1、增加输出电压幅度:在频率范围内负载电阻上正弦信号输出电压的峰-峰值Vopp=6V±1V;2、产生模拟幅度调制(AM)信号:在1MHz—10MHz范围内调制度ma可在10%~100%之间程控调节,步进量10%,正弦调制信号频率为1kHz,调制信号自行产生;3、产生模拟频率调制(FM)信号:在100kHz—10MHz频率范围内产生10kHz最大频偏,且最大频偏可分为5kHz/10kHz二级程控调节,正弦调制信号频率为1kHz,调制信号自行产生;4、产生二进制PSK、ASK信号:在100kHz固定频率载波进行二进制键控,二进制基带序列码速率固定为10kbps,二进制基带序列信号自行产生;5、良好人机界面:具有键盘控制频率(步进可调)和波形输出、LCD/串口/数码管显示频率和输出波形类型功能。
基于FPGA的正弦信号发生器的设计
0引言信号发生器作为一种为电子测试和计量工作电信号的设备,它和示波器、电压表、频率计等仪器一样,是最普通、最基本,也是应用最广泛的电子仪器之一,几乎所有的电参量的测量都要用到信号发生器。
任意波形发生器设计的关键离不开DDS 技术的发展,为了增加灵活性,我们采用FPGA 实现DDS 技术,把DDS 中的ROM 作为一个波形抽样数据的公共存储器,只要改变存储波形信息的数据,就可以灵活的实现任意波形发生器。
将DDS 设计嵌入到FPGA 芯片所构成的系统中,将使系统具有很高的性价比[1-2]。
1系统设计设计的系统框图如图1所示。
DDS 系统的硬件主要有三部分组成:FPGA 模块、D/A 转换模块和低通滤波器。
D/A 转换器采用TI 公司的DAC0832芯片,完成8位数字量到模拟量的转换,从而产生输出波形。
RLC 低通滤波器对DAC 输出的波形进行滤波,滤除高频分量,从而得到一个频谱纯净的正(余)弦波[3]。
2系统仿真图2为DDS 信号发生器的频率控制仿真图,从图中可以看出,正弦波的频率随着频率控制字K 的增大而增大,从而验证了频率控制的功能。
图3为DDS 信号发生器的相位控制仿真图,从图中可以看出,相位控制字发生变化时,正弦波的相位发生相应的变化,从而验证了相位控制的功能。
图4为DDS 信号发生器的波形控制仿真图,从图中可以看出,随着波形控制字的改变,DDS 输出的波形变化,从而验证了波形控制的功能。
———————————————————————作者简介:汪桂霞(1982-),女,湖南常德人,硕士,讲师,从事计算机控制及光机系统设计方面工作。
基于FPGA 的正弦信号发生器的设计Design of Sine Signal Generator Based on FPGA汪桂霞WANG Gui-xia(西安工业大学北方信息工程学院,西安710032)(Xi'an Technological University North Institute of Information Engineering ,Xi'an 710032,China )摘要:本文基于FPGA 设计了一个正弦信号发生器,采用直接数字频率合成(DDS)技术,实现了信号发生器的频率、相位可以控制。
基于FPGA的正弦波信号发生器的设计
基于FPGA的正弦波信号发生器的设计题目名称:基于FPGA的正弦信号发生器班级:姓名:学号:日期:2012/07/06基于FPGA的正弦信号发生器设计1.1 引言直接数字频率合成(Digital Direct Frequency Synthesis)是一种比较新颖的频率合成方法。
这个理论早在20世纪70年代就被提出,它的基本原理就是利用采样定理,通过查表法产生波形。
1.2 方案比较与确定设计要求:利用EDA技术,建立正弦信号DDS 产生模型,编写源程序,达到频率输出范围1KHz-10MHz、频率步进100Hz、频率稳定度优于104-、带50Ω负载输出电压峰峰值大于1V等要求,完成硬件实现与测试。
【方案一】采用分立元件模拟直接合成法。
这种方法转换速度快,频率分辨率高,但其转换量程靠手动来实现,不仅体积大难以集成,而且可靠性和准确度很难进一步提高。
【方案二】采用MAX038芯片来产生正弦波信号。
该集成块的输出波形种类多,频率覆盖范围广。
它采用的是RC充放电振荡结构。
第一,由于模拟器件元件分散性太大,外接的电阻、电容对参数的影响很大,因而产生的频率稳定度差,只能达到4--。
第二,它的频率控制是通过充31010-放电流的大小来实现。
因而要达到步进100HZ,所需的电流变化量非常小,精度要求很高。
所以采用MAX038芯片难以实现设计要求。
【方案三】采用锁相环合成方法。
采用该方案设计输出信号的频率可达到超高频甚至微波段,且输出信号频谱纯度较高。
由于锁相环技术是一个不间断的负反馈控制过程,所以该系统输出的正弦信号频率可以维持在一个稳定状态,频率稳定度高。
但由于它是采取闭环控制的,系统的输出频率改变后,重新达到稳定的时间也比较长。
所以锁相环频率合成器要想同时得到较高的频率分辨率和转换率非常困难,频率转换一般要几毫秒的时间[1],同时频率间隔也不可能做得很小。
【方案四】采用直接数字合成器(DDS),可用硬件或软件实现。
基于FPGA的正弦信号函数发生器设计
《数字电路课程设计》实验报告题目:基于FPGA的正弦信号函数发生器设计班级:学号:姓名:完成时间:实验地点:摘要利用FPGA产生特定输出波形是工程中的常用应用。
也是学生学习FPGA编程和使用通常都要学习的内容。
本次实验将通过实践学习使用FPGA产生正弦波信号输出。
并学习使用chipscope软件进行测试。
该报告将记录我的实验过程,并得出一些结论。
目录第一章实验任务与原理1.1实验任务1.2 实验原理第二章ipcore使用方法第三章仿真结果第四章结束语附录程序源代码第一章 实验任务与原理1.1实验任务通过VHDL 编程利用FPGA 来实现正弦波信号发生器的设计。
并利用chipscope 进行观察测试。
1.2实验原理将matlab 生成的正弦波数据导入ipcore 中,只用查找表,通过输入不同的频率控制字,生成相应的正弦波。
其中是系统时钟频率,是频率控制字,B 是查找表深度,是生成的正弦波信号频率。
求出频率控制字,在程序中这就是输入。
输入地址的变化是通过计数器来控制的,在FPGA 是通过开关来控制的电路参考原理图如上图所示。
Part1:实现加法器功能。
根据输入的频率控制字,生成ROM 的地址输入信号。
Part2:ROM 存储单元。
调用IPCORE 实现。
输入地址信号,输出对应地址的数据。
第二章 ipcore 使用方法outclkf Bf θ⨯∆=在ISE中,ipcore是自带的函数库,可以用于储存数据,然后返回给主程序一系列地址供调用。
本次试验利用ipcore功能可很容易的实现1、创建ISE工程:(1)在ISE的File下单击new project,创建工程;(2)在工程中添加rom IPCORE;(3)生成ipcore(4)参数调制第三章仿真结果Modelsim仿真图形Chipscope仿真结果图第五章结束语总的来看,本次实验比较简单易于操作,在程序编写过程没有遇到特别困难的地方。
不过,在编写过程中还是犯了一些低级错误。
FPGA实验一、正弦信号发生器
河北大学 电子与信息工程学院 2010 张庆顺1 / 53SOPC 设计技术课程实验一、正弦信号发生器河北大学 电子信息工程学院教师:张庆顺本实验指导书演示了一个简单的正弦信号发生器在QUARTU S Ⅱ上的实现。
通过这个文档,旨在演示利用QUARTUS Ⅱ开发数字电路的基本流程和QUARTUS Ⅱ软件的相关操作,并借此介绍QUARUTS Ⅱ的软件界面。
我们还针对DE Ⅱ-70的实验板,实现了本文档所示硬件模块的相关配置工作以及下载和实现。
实验条件:Quartus II 9.1目录二、实验步骤: (6)1、工程创建 (6)2、sin信号发生器顶层模块的设计 (13)3、定制ROM存储sin波形数据 (17)3.1 建立.mif文件 (17)3.2 ROM数据的生成 (19)3.3 定制ROM元件 (19)3.3.1 调用Mega Wizard Plug-In Manager (20)3.3.2 设置LPM_ROM模块 (21)4、编译、综合等 (27)5、仿真 (28)5.1 编辑波形文件 (28)5.2进行仿真 (36)6、内部电路观察 (38)7、生成symbol (40)8、管脚分配 (46)9、下载 (49)10.作业 (53)一、设计原理:下图所示为正弦信号发生器的结构,共有4个部分组成:顶层文件singt.v 在FPGA 中实现两个部分:1、6位计数器产生地址信号;2、存储正弦信号(6bits 地址线,8bits 数据线)的ROM ,由LPM_ROM 模块实现,LPM_ROM 模块底层由FPGA 的EAB 、ESB 或M4K 来实现。
地址发生器的时钟频率CLK 假设为f0,这里我们设定的地址发生器为6bit ,则周期为26=64,所以一个正弦周期内可以采样64个点,DAC 后的输出频率f 为:64/0f f =我们可以如下生成sin 数据以用于查找表,双、单极性Sin(x)数据波形可如下:x = round((sin(linspace(0,2*pi,64))+1)*127.5);所要得到的单极性信号波形。
基于FPGA和MTLAB的DDS正弦信号发生器设计报告
摘要DDS是一种新型的频率合成技术,具有较高的的频率分辨率,可以实现快速的频率切换,并且在改变时能够保持相位的连续,很容易实现频率、相位和幅度的数控调制。
因此,在现代电子系统及设备的频率设计中,尤其在通信领域,直接数字频率合成器的应用尤为广泛。
本课程设计的主要内容是利用Quartus II9.0中的FPGA直接设计DDS。
以及以MATLAB09a的Simulink为设计平台、以DSP Builder为中间媒介、而将QuartusII 作为底层设计工具置于后台设计DDS。
且第二种设计途径最大程度地发挥了各种工具的优势。
关键词:DDS;QuartusII9.0;FPGA;MATLAB09a;Simulink;DSP Builder目录1绪论 (1)1.1DDS研究的目的和意义 (1)1.2国内研究现状 (1)1.3研究思路和方法 (4)2相关理论 (5)2.1DDS理论 (5)2.2相关器件FPGA (7)3系统分析与设计 (9)3.1总体设计 (9)3.2各模块设计 (9)4硬件设计 (11)4.1实体设计 (11)4.2子系统设计 (12)5软件设计 (17)5.1流程图设计 (17)5.2程序设计 (18)5.3QuartusII直接调用DSP Builder生成的VHDL文件 (22)6仿真调试及结果分析 (25)6.1仿真调试 (25)6.2仿真结果分析 (26)7结论 (28)致谢 (29)参考文献 (30)第1章绪论1.1DDS研究的目的和意义频率合成器是电子系统的心脏,是决定电子系统性能的关键设备,随着现代无线电通信事业的发展,移动通信、雷达、制导武器和电子对抗等系统对频率合成器提出越来越高的要求,低相噪、高纯频谱和高速捷变的频率合成器一直是频率合成技术发展的主要目标,DDS 技术的发展将有力地推动这一目标的实现。
频率合成技术从30 年代发展到现在,已经进入成熟阶段。
目前最常用的频率合成方案有两种,直接混频级联法和数字锁相环法。
一种FPGA正弦信号发生器的设计
The design of sinuso ida l signa l genera tor on FPGA
L IN Zhang, YANG Sheng2guo, WANG Yu2lan
(D epa rtm en t of E lectron ics & Inform a tion Eng ineering, Fuqing B ranch of Fu jian N orm a l U n iversity , Fuqing , Fu jian 350300, Ch ina)
参考时钟 ,从而频率分辨率为 Δfm in
= 2N
fc
. 2. 3 DDS的失真度 THD DDS的失真度除受 D /A 转换器本身的噪声影响外与离散点数 n和 D /A 字长有着密切关系 ,设 q为均匀
量化间隔 ,则其近似数学关系为
π2
1 2
THD =
1 + q2 6
n
π sin
率控制 、相位控制 、数模转换及正弦波生成等. 各模块均通过 VHDL语言编程在 FPGA上实现 ,经软件仿真和硬件测
试验证达到了设计要求.
关键词 : FPGA; 直接数字频率合成 ; VHDL; 仿真验证
中图分类号 : TP216
文献标识码 : A 文章编号 : 1009 - 7821 (2008) 02 - 0048 - 04
≈ fou t (m ax)
2 5
fc [ 3 ] , 若
fc 采用
50 MHz,则最高输出频率约为
20 MHz.
1. 2. 2 DD S的频率分辨率 Δfm in 由于要求输出的信号频率范围较大 ,因此在 50 MHz时钟引入 FPGA 之后 ,可加入一个分频器 ,根据输出
基于fpga的移相正弦信号发生器的设计
1 概述正弦信号发生器作为电子技术领域里最基本的电子仪.器,应用及其广泛。
随着电子信息技术的发展,其性能的要求也越来越高,如高频率稳定度和高转换速度、具有调幅调相等功能[1]。
在实际的测量中,不仅需要正弦信号发生器还经常需要移相正弦信号发生器,及存在相位差的两路同频信号。
移相信号发生器目前已经广泛用于船舶、航空、检测等各行各业[2]。
2 系统的整体设计方案2.1 系统设计思想利用MATLAB/Simulink 中完成原理图的设计,模型仿真并通过SignalCompilder 转换成为VHDL 语言,最后验证VHDL 代码,并将正确的代码下载到硬件现实系统功能。
整个设计结构思路如图1所示。
2.2 系统设计框图DDS 以数控的方式产生频率、相位可以控制的正弦波,DDS 的基本结构主要由相位累加器、正弦ROM 查找表和D/A构成,相位累加器是整个DDS 核心。
每来1个时钟脉冲,加法器将频率控制字与相位寄存器输出的数据相加,把相加后的结果送至相位寄存器的输入端。
当下一个时钟脉冲时,累加器又将频率控制字与相位寄存器的输出数据相加,这样相.位累加器在参考时钟的作用下,进行线性相位累加,当相位累加器累积满量程(2π)时就会产生1次溢出,完成1个周期性的动作,这个周期就是DDS 合成信号的1个频率周期,累加器的溢出频率就是DDS 输出的信号频率如图3所示。
图1 设计结构图based technology, according to the principle of phase sinusoidal signal using matlab / simlink / DSP Builder build phase sinusoidal signal model, using direct digital frequency synthesis (DDS), designed to achieve a frequency, phase controllable sinusoidal signal generator. This method is designed using CNC phase sinusoidal signal generator capable of generating frequency, phase can be preset and adjustable digital sine wave signal, the digital phase shifting generator frequency, phase, amplitude can be preset to distinguish rate, precisely adjustable, and can be used separately two independent signal generator. This approach designed to facilitate generator controlled phase shifting fast, improve development efficiency and shorten the development cycle, and easy to debug the system, easy to modify.Keywords: FPGA;DSP Builder;Direct Digital Frequency Synthesis;Digital Phase Shifting图3 DDS 输出波形图图4 整个系统电路原理图直接数字频率合成(DDS)移相原理是:数字移相信号发生器的核心是DDS,在计数器的控制下相位累加器输出与相位增量相加,相加后的结果形成正弦查询表地址,取出表中与该相位对应的单元中的幅度量化正弦函数值,经高速D/A 转换器输出模拟信号。
基于fpga的dds正弦信号发生器的设计和实现
基于fpga的dds正弦信号发生器的设计和实现
基于FPGA的DDS正弦信号发生器可以使用两种常见的实现
方法:Look-Up Table (LUT) 方法和相位累积器方法。
1. LUT方法:
- 首先,定义一个存储正弦波样本值的LUT (Look-Up Table),LUT的大小取决于所需的精度和波形频率范围。
- 使用一个计数器来生成一个相位值,该相位值是一个0到LUT大小之间的数字。
- 将该相位值作为索引,通过查找LUT来获取对应的正弦波
样本值。
- 将该正弦波样本值通过数字-模拟转换器(DAC)转换为模拟
信号输出。
2. 相位累积器方法:
- 使用一个固定频率的时钟作为参考信号输入,例如50 MHz。
- 使用一个相位累积器累积每个时钟周期的相位值。
- 计算相位值对应的正弦波样本值,并通过DAC转换为模拟信号输出。
- 相位累积器的更新频率由所需的输出频率确定,可以通过
增加或减小相位值的增量来调节输出频率。
需要注意的是,FPGA上实现DDS正弦信号发生器时,需要
一个高速的DAC来将数字信号转换为模拟信号输出。
同时,
为了提高性能和减少功耗,可以采用流水线技术,通过并行处理来提高输出频率的精度和速度。
此外,还可以通过添加相位调制、振幅调制等功能来进一步扩展DDS正弦信号发生器的
功能。
要设计和实现基于FPGA的DDS正弦信号发生器,可以使用硬件描述语言如Verilog或VHDL编写相应的代码,并使用FPGA开发工具进行综合、布局以及生成比特流文件。
最后,将比特流文件加载到目标FPGA芯片上,就可以实现DDS正弦信号发生器的功能。
基于FPGA的X-2正弦波信号发生器的设计
农 业装 备 与车 辆工 程
A R C L U A Q IM N G IU T R LE U P E T&V HIL N I E R N E C E E G N E IG
No 2 Ol . 2 2
( o l 4 ) T t l 2 7 ay
Ab t a t n t e p o e s o e il i tn n e a d r p i,t e sg a e e ao f r a o s ts in s t n h cu l s r c :I h r c s fv hc e ma ne a c n e ar h i n lg n r tr o e s v r u e tsg a o f d t e a t a i l i p o l mse i e n c r u t e i n I h sp p r i n lg n r tr i d sg e t h p o 1 T1 4 s c n e . h in l r b e x s d i i i d s . n t i a e ,a sg a e e ao s e in d wi c i f t c g h EP C3 4 C8 a e t r T e s a g
本 文所 设 计 的 系统 其 主要 功 能 是 为 E U提 C 供 x一 2的 磁 电式 曲轴 位 置 传 感 器 信 号 ( X为 4 ~
10 0 可调)输出信号的转速可调 (0 80rm n , . 6 ~ 00/ i) 采用 x齿一 齿的形式 ,在均布 x个齿的齿盘上 , 2 有 x个标准轮齿和 2个异形齿 。以 x设置为 6 0
h r wa e a d s f r y t m f u o b l n ie EC a d r n o t e s se o tmo i e g n U. wa a e Ke wo d :F GA;c a k p s in s n o ;sg a e e a o ; i ew v y rs P r n o i o e s r i n l n rt r sn a e t g
基于FPGA的数控移相正弦信号发生器设计
基于FPGA的数控移相正弦信号发生器设计数控移相正弦信号发生器是一种可以生成可编程幅度、频率和相位的正弦信号的设备。
其设计基于现场可编程门阵列(FPGA)技术,可以实现高度灵活性和精确性。
要设计一个基于FPGA的数控移相正弦信号发生器,我们需要考虑以下几个方面:1. FPGA选择:选择适合设计的FPGA芯片,这需要根据信号发生器的要求(幅度、频率、相位精度等)和设计成本来确定。
常用的FPGA芯片有Xilinx的系列和Altera(现在是英特尔)的系列。
根据具体需求选择合适的FPGA芯片。
2.数模转换:在FPGA内部需要使用数模转换器将数字数据转换成模拟信号。
这可以使用数字到模拟转换器(DAC)来实现。
DAC负责将数字信号转换成连续的模拟信号,以便于输出。
3.正弦信号生成:在FPGA中使用数学计算和相位累加器的方法生成正弦波形信号。
首先,使用数学计算生成包含一个周期(360度或2π)中所有可能相位的正弦波表。
然后,通过一个相位累加器按照要求的频率和相位来选择波形。
4.频率控制:频率控制可以使用一个可编程的计数器来实现。
使用计数器来计算每个时钟周期的累加次数,从而确定正弦波的输出频率。
可以通过修改计数器的计数初始值来调整输出频率。
5.相位控制:相位控制可以通过一个可编程的累加器来实现。
累加器的值将用作正弦波表的索引,以选择正确的相位值。
通过调整累加器的初始值和累加步长,可以实现需要的相位偏移。
6.幅度控制:幅度控制可以使用一个可编程的增益控制器来实现。
增益控制器通过改变DAC的输入电压来控制输出信号的幅度。
可以通过修改增益控制器的增益值来调整输出信号的幅度。
7.控制接口:为了方便用户对信号发生器的控制,可以添加一个控制接口,如按钮、开关、旋钮或者串行通信接口(如UART、SPI)。
通过这些接口,用户可以编程设置信号发生器的参数,如频率、相位、幅度等。
设计完毕后,我们可以通过FPGA的开发工具将设计烧录到FPGA芯片中,并通过相应的接口连接到外部电路中,实现数控移相正弦信号的发生。
基于FPGA的三相正弦信号发生器设计
www.ecda.cn 2008.2
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第10卷 第2期 2008年2月
Electronic Component & Device Applications
Vol.10 No.2 Feb. 2008
图2 基于FPGA的三相正弦信号发生器实现原理图
2.1 相位累加器
散成具有2N个样值的序列。若波形ROM有D位数
1 DDS的工作原理
DDS的工作原理是以数控振荡器的方式产生 频率和相位可控的任意波形。DDS电路一般包括 基准时钟、频率累加器、相位累加器、控制相位 的加法器、幅度/相位转换电路、D/A转换器和低 通滤波器 (LPF),其原理框图如图1所示。图中, K为频率控制字,P为相位控制字,fc为参考时钟 频率,N为累加器的位数,D为数据存储器输出 数据的位数,fo为输出频率。
2 三相正弦发生器的设计
实现相位互差120°的三相正弦信号发生器的 原理与单相实现方法基本一致,不同点在于三相 发生器使用了两个具有固定相偏的相位控制加法 器,和三个用于存储相同正弦码表的波形存储 器。本设计可在quartusII软件下完成,利用软件 提供的参数化宏功能模块库 (LMP),并通过改变 LMP中模块的某些参数,就可以达到设计要求。 其实现电路如图2所示。
按键处理程序主要完成对按键的识别以及消
4 结束语
图3 主程序流程图
这种基于C51的便携式转辙机测试仪可在轨 检测zd6型、zd7型和S700K系列转辙机,而且操 作简单、使用方便。工作人员可以通过不同的状 态进行检修,从而及时判断转辙机的工作情况。
(上接第40页)
性。所生成的波形比较平滑、无毛刺,而且波形 和频率十分稳定,分辨率高,因而具有广泛的应 用前景。
2.2 固定相位偏置加法器
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综合课程设计实验
正弦信号发生器的设计
1.实验目的
学习QUARTUS2中LPM的使用
学习使用FPGA控制DA,实现数模转换
2.实验过程
●Singt程序:
library ieee;
use ieee.std_logic_1164.all;
use ieee.std_logic_unsigned.all;
entity singt is
port (clk : in std_logic;
dout : out std_logic_vector(7 downto 0));
end singt;
architecture dacc of singt is
component data_rom
port (address : in std_logic_vector(5 downto 0);
inclock :in std_logic;
q :out std_logic_vector(7 downto 0));
end component;
signal q1 : std_logic_vector (5 downto 0);
begin
process (clk)
begin
if clk'event and clk='1' then
q1<=q1+1;
end if;
end process;
u1: data_rom port map (address=>q1,q=>dout,inclock=>clk);
end dacc;
●LPM程序:
library ieee;
use ieee.std_logic_1164.all;
library altera_mf;
use altera_mf.altera_mf_components.all;
entity data_rom is
port (address : in std_logic_vector(5 downto 0);
inclock : in std_logic;
q : out std_logic_vector(7 downto 0));
end data_rom;
architecture syn of data_rom is
signal sub_wire0 : std_logic_vector(7 downto 0);
component altsyncram
generic (intended_device_family : string;
width_a,widthad_a,numwords_a : natural;
operation_mode : string;
outdata_reg_a,address_aclr_a,outdata_aclr_a : string;
width_byteena_a : natural;
init_file,lpm_hint,lpm_type : string);
port (clock0 : in std_logic;
address_a : in std_logic_vector (5 downto 0);
q_a : out std_logic_vector(7 downto 0));
end component;
begin
q<=sub_wire0(7 downto 0);
altsyncram_component :altsyncram
generic map (intended_device_family =>"cyclone",
width_a=>8,widthad_a=>6,numwords_a=>64,
operation_mode=>"rom",
outdata_reg_a=>"unregistered",
address_aclr_a=>"none",outdata_aclr_a=>"none",
width_byteena_a=>1,
init_file=>"D:\singt\data.mif",
lpm_hint=>"enable_runtime_mod=yes,instance_name=rom1",
lpm_type=>"altsyncram")
port map (clock0=>inclock,address_a=>address,q_a=>sub_wire0);
end syn;
运行结果:
数字示波器正常显示正弦波
使用in-system memory content editor修改后波形发生变化,不再是完整的正弦波。
3.实验心得:
本次试验的设计思路是通过使用一个小程序生成所需正弦波的MIF文件,再通过与DA TA_ROM文件关联形成一个ROM。
利用FPGA控制实验箱上的DA实现数模转换,最终在示波器上显示出正弦波的波形。
通过此次试验,充分体现出FPGA和Quartus强大的在线调试和修改能力,为系统的开发和调试提供巨大便利。