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EDA 大作业信号发生器的设计要求: (1) 产生方波、三角波、锯齿波、正弦波(2 )产生波形的模式可选(3 )频率为 10KHz 设计方案: 1. 总体设计思路 设计步骤此设计将按模块式实现, 据设计要求, 设计总共分四大步份完成:(1) 产生波形( 四种波形: 方波、三角波、矩形波和锯齿波) 信号;(3) 频率为 10KHZ 幅度固定; 设计思想利用 VHDL 编程,依据基本数字电路模块原理进行整合。系统各部分所需工作时钟信号由输入系统时钟信号得到。总体设计框图如下图1 所示: 波形输出 2. 方案论证 方案采用 VHDL 语言来编程,然后下载文件到 FPGA 来实现。 VHDL 语言是电子设计领域的主流硬件描述语言, 具有很强的电路描述和建模能力, 能从多个层次对数字系统进行建模和描述,从而大大降低了硬件设计任务,提高了设计效率和可靠性, 要比模拟电路快得多。该方案是利用 FPGA 具有的静态可重复编程和动态在系统重构的特性, 使得硬件的功能可以像软件一样通过编程来修改, 极大地提高了电子系统设计的灵活性和通用性, 设计图如图 2。图2 FPGA 总体设计图( 需要修改) 通过 FPGA 软件扫描方式将波形数据读出传输给 DAC0832 (为8 分辨率的 D/A 转换集成芯片) 产生波形输出。这种方法在软、硬件电路设计上都简单, 且与我们的设计思路紧密结合。㈠ 3 硬件选择 4 软件设计 波形产生模块本设计用 VHDL 语言根据傅立叶函数采集点进行扫描,分别产生正弦波、三角波和矩形波。以下介绍各种常用周期信号的傅立叶函数展开式。 正弦波(1 )设计思想正弦波发生分为两个步骤, 即正弦波幅值采样存储和正弦波波形的还原输出。幅值采样是将一个周期正弦波进行 64 等分,如图 3 所示,将 64 个采样点进行量化处理, 量化值=255*sin360/64 (V),将 64 点量化值存入存储器 ROM 。正弦波形的产生是通过循环反复将存储器中的 64 点采样值通过 DAC0832 进行还原输出,得到幅值正比于 64 点采样值的正弦波。 ot (2) VHDL 实现 1 .正弦信号波形数据文件建立正弦波波形数据由 64 个点构成,此数据经 DAC0832 ,可在示波器上观察到正弦波形。源程序见附录: 矩形波 1 设计思路矩形波的实现较之正弦波发生简单, 由于矩形波是两个电平值间的交替变换, 因此波形采样值的预存只要有两个不同的数值就行了, 为了使矩形波发生的频率灵活可调,采用 60 个采样值扫描输出来实现,每半个矩形波周期采用三十个采样值,循环反复将存储器中的 60 点采样值通过 DAC0832 进行还原输出, 得到幅值正比于点采样值的矩形波。采样图如图 4 所示。 2 VHDL 实现源程序见附录。 三角波 1 设计思路由于三角波是线性的, 比较简单就可以产生, 如果最低电压设为 15V , 最高是 255V , 那么根据它的公式 255/15=17 , 每个点的电压只要依次加 17 就可以得到, 一个波形所以采用简单的加减算法就可实现, 如图 5 所示三角波的采样图: 图5 三角波采样图 2 VHDL 实现具体源程序见附录。 基波通过 VHDL 编程产生的正弦波、方波、三角波三种周期性波形即为基波。 谐波的产生采用与基波产生的同样原理, 编程产生三种波形的谐波, 所不同的是一个波形的周期采样的点数不同,如果基波采样点为 63 个,谐波采样点数则为 21个, 其每点的电压值为 255* ( sin360/60+sin360/20 )(V), 在对其进行循环扫描即可实现基波与谐波的线性叠加。 波形模块图最终波形的设计模块图如图 6 所示, L1 是三角波, L2 是方波, L3是正弦波, L4 是谐波。 频率控制模块本课题要求频率控制是在 10KHZ 。在本题设计中只需借助 FPGA 便可完成。如下图 7 所示: 选择波形模块这一部分主要是通过一个按键对波形进行循环选择, 按下确认按钮后进行波形的调用。设计流程图如下图 7 所示图6 波形模块图图7 选择波形电路设计流程图【实验 9】波形发生与扫频信号发生器电路设计 1、实验目的: 学习用 VHDL 设计波形发生器和扫频信号发生器,掌握 FPGA 对 D/A 的接口和控制技术, 学会 LPM_ROM 在波形发生器设计中的实用方法。 2 、实验原理:如实验图 5 所示,完整的波形发生器由 4 部分组成: ? FPGA 中的波形发生器控制电路, 它通过外来控制信号和高速时钟信号,向波形数据 ROM 发出地址信号,输出波形的频率由发出的地址信号的速度决定;当以固定频率扫