信号发生器课程设计

目录

摘要 (1)

1 绪论 (2)

1.1 信号发生器简介 (2)

1.2 课程设计目的 (2)

2 课程设计环境 (2)

2.1 Quartus II简介 (2)

2.2 VHDL简介 (3)

3 信号发生器原理 (4)

3.1 脉冲发生器原理 (4)

3.2 DDS原理 (4)

3.3 D/A转换器原理 (5)

3.4 波形产生原理 (5)

4 信号发生器的模块 (6)

4.1 频率控制块 (6)

4.2 波形控制块 (7)

4.3 LPM_ROM宏功能块 (7)

4.4 三位选择器 (8)

5 Quartus II 仿真 (8)

5.1 波形仿真图 (9)

5.2 SignalTap II File 仿真 (10)

6 心得体会 (11)

7 参考文献 (12)

附录A 信号发生器原理图 (13)

附录B SignalTap II File 仿真图 (13)

附录C 模块程序 (14)

摘要

随着科学技术的飞速发展，电子测量技术被广泛应用在电子、机械、医疗、测控及航天等各个领域，而电子测量技术要用到各种形式的高质量信号源，因此

任意波形发生器的研制就具有非常重要的现实意义。

本文便是基于DDS(Direet Digital Synthesis)技术进行任意波形发生器研制的。要求可以产生正弦波、方波、三角波与锯齿波等常规波形，而且能够产生任意波形，从而满足研究的需要。具体工作如下：

(一)介绍信号发生器的产生原理，阐述频率合成技术的各种方式与技术对比情况，并选定直接数字频率合成技术进行研制。

(二)介绍系统的硬件设计构成与功能实现，并对系统部件进行逐一细述。

选用单片机作为控制模块，使用FPGA实现DDS功能作为技术核心，并对外围电路的设计与接口技术进行分析。

(三)讲述DDS的工作原理、工作特点与技术指标，并基于EDA技术进行设计，通过使用相位累加器与波形ROM等模块，实现DDS功能。同时辅以使能模块与行列式键盘，实现各种波形的灵活输出。

(四)给出系统产生的测试数据，并对影响频谱纯度的杂散与噪声产生的原

因进行分析。

关键词：电子测量；任意波形发生器；DDS；单片机；FPGA

1 绪论

1.1 信号发生器简介

信号发生器又称信号源或振荡器，在生产实践和科技领域中有着广泛的应用。它能够产生多种波形，如三角波、锯齿波、矩形波（含方波）、正弦波等，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、频率或高或低的信号发生器。

本设计采用FPGA来设计制作多功能信号发生器。该信号发生器可以产生正弦波、三角波、方波等波形。

1.2 课程设计目的

1、了解高速DA芯片TLC5602的工作原理。

2、了解用DDS的工作原理。

3、了解对内部LPM-ROM模块的调用。

2 课程设计环境

2.1 Quartus II简介

Quartus II 是Altara公司的综合性PLD/FPGA开发软件，支持原理图、VHDL、VerilogHDL以及AHDL（Altera Hardware Description Language）等多种设计输入形式，内嵌自有的综合器以及仿真器，可以完成从设计输入到硬件配置的完整PLD设计流程。

Quartus II可以在XP、Linux以及Unix上使用，除了可以使用Tcl脚本完成设计流程外，提供了完善的用户图形界面设计方式。具有运行速度

快，界面统一，功能集中，易学易用等特点。

Quartus II支持Altera的IP核，包含了LPM/MegaFunction宏功能模块库，使用户可以充分利用成熟的模块，简化了设计的复杂性、加快了设计速度。对第三方EDA工具的良好支持也使用户可以在设计流程的各个阶段使用熟悉的第三方EDA工具。

此外，Quartus II 通过和DSP Builder工具与Matlab/Simulink相结合，可以方便地实现各种DSP应用系统；支持Altera的片上可编程系统（SOPC）开发，集系统级设计、嵌入式软件开发、可编程逻辑设计于一体，是一种综合性的开发平台。

MaxplusII 作为Altera的上一代PLD设计软件，由于其出色的易用性而得到了广泛的应用。目前Altera已经停止了对Maxplus II 的更新支持，Quartus II 与之相比不仅仅是支持器件类型的丰富和图形界面的改变。Altera在Quartus II 中包含了许多诸如SignalTap II、Chip Editor和RTL Viewer的设计辅助工具，集成了SOPC和HardCopy设计流程，并且继承了Maxplus II 友好的图形界面及简便的使用方法。

Altera Quartus II 作为一种可编程逻辑的设计环境, 由于其强大的设计能力和直观易用的接口，越来越受到数字系统设计者的欢迎。

2.2 VHDL简介

VHDL（Very High Speed Integrated Circuit Hardware Description Language,超高速集成电路硬件描述语言）是一种用来描述数字系统行为和结构的硬件描述语言，被广泛的运用于描述和仿真各种数字系统，小到几个门，大到许多复杂集成电路相连的系统。

VHDL诞生于1982年，是由美国国防部开发的一种快速设计电路的工具，目前已经成为IEEE（The Institute of Electrical and Electronics Engineers）的一种工业标准硬件描述语言。相比传统的电路系统的设计方法，VHDL具有多层次描述系统硬件功能的能力，支持自顶向下（Top to Down）和基于库（Library Based）的设计的特点，因此设计者可以不必了解硬件结构。从系统设计入手，在顶层进