基于FPGA的智能函数发生器的设计与实现解读

西安邮电学院毕业设计(论题目:的设计与实现学院:电子工程学院系部:专业:班级:XXX学生姓名:XXXXXX导师姓名:XXX职称:教授起止时间:毕业设计(论文诚信声明书本人声明:本人所提交的毕业论文《基于FPGA的智能函数发生器的设计与实现》是本人在指导教师指导下独立研究、写作的成果,论文中所引用他人的文献、数据、图件、资料均已明确标注;对本文的研究做出重要贡献的个人和集体,均已在文中以明确方式注明并表示感谢。本人完全清楚本声明的法律后果,申请学位论文和资料若有不实之处,本人愿承担相应的法律责任。论文作者签名:时间:年月日指导教师签名:时间:年月日西安邮电学院毕业设计毕业设计((论文论文任务书学生姓名XXXXXX指导教师XXX职称教授学院电子工程学院系部XXX学系专业XXX学题目基于FPGA的智能函数发生器的设计与实现任务与要求1、了解现有函数发生器工作原理及使用方法。2、用VerilogHDL设计函数发生器,可以实现:方波、正弦波、递增斜波、递减斜波、三角波等。同时要求幅度可调、同时可以叠加直流分量等。3、设计D/A转换器驱动时序。4、在FPGA上下载,并用示波器观测结果。开始日期2011年3月28日完成日期2011年7月1日主管院长(签字年月日西安邮电学院毕业设计(论文论文工作计划学生姓名XXXXXX指导教师XXX职称教授学院电子工程学院系部XXX学系专业XXX学题目基于FPGA的智能函数发生器的设计与实现工作进程起止时间工作内容2011.3.28-2011.4.13查阅参考资料和书籍,查找有关不同函数器工作原理,分析各中函数发生器优缺点2011.4.14-2011.5.11根据以上分析确定设计方案,设计该函数发生器的硬件电路2011.5.12-2011.5.25调试硬件电路2011.5.26-2011.6.7撰写论文2011.6.8-2011.7.1老师审核论文,修改论文,准备答辩主要参考书目(资料[1]Bar-GioraGoldberg.DigitalFrequencySynthesisDemystified.LLHTechnologyPublishing.1999.[2]王金明,杨吉斌.数字系统设计与VerilogHDL.电子工业出版社.2002.[3]夏宇闻.Verilog数字系统设计教程.北京航空航天大学出版社.2003.[4]罗杰.VerilogHDL与数字ASIC设计基础.华中科技大学出版社.2008.主要仪器设备及材料[1]FPGA开发版[2]计算机[3]Quartus[4]ModelSim论文(设计过程中教师的指导安排对计划的说明西安邮电学院毕业设计(论文开题报告系(部班课题名称:基于FPGA的智能函数器的设计与实现学生姓名:XXXXXX学号:04074082指导教师:报告日期:1.本课题所涉及的问题及应用现状综述函数发生器可以是一种多波形的信号源,它可以产生正弦波、方波、三角波、锯齿波,甚至任意波形。函数发生器使用范围很广,它是一种不可或缺的通用信号源。可以用于生产测试、仪器维修、实验室,还广泛使用在其它科技领域,如医学、教育、化学、通讯、地球物理学、工业控制、军事和宇航等。FPGA是英文FieldProgrammableGateArray的缩写,即现场可编程门阵列,它是在PAL、GAL、EPLD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领域中一种半定制电路出现的,即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。1971年3月美国学者J.Tierncy,C.M.Rader和B.Gold首次提出了直接数字频率合成(DirectDigitalSynthesis技术,频率合成技术随后不断的发展,这是一种从相位概念出发直接合成所需要波形的全数字频率合成技术。同传统的频率合成技术相比,DDS技术具有极高的频率分辨率、极快的变频速度,变频相位连续、相位噪声低,能产生不同幅度、频率和波形的信号发生器,易于功能扩展和全数字化集成,容易实现对输出信号的多种调制等优点,所以该技术的得到了迅速的发展和广泛的应用。利用DDS原理设计制作的DDS芯片更是层出不穷,但是目前市面上的DDS芯片,价格昂贵、功能固定单一,应用受到一定的限制,所以本课题涉及到利用DDS原理和FPGA控制技术去设计一种能够产生多种波形的函数发生器,用到的原理就是DDS,FPGA,D/A以及简单的模拟处理。2.本课题需要重点研究的关键问题、解决的思路及实现预期目标的可行性分析本课题需要重点研究的关键问题是深刻理解直接频率合成技术的原理以及熟练的应用FPGA。首先我们要利用DDS原理设计出各种函数波形信号产生单元,只有有了这些信号我们才能对其进行控制和处理,要设计出好的函数波形信号产生单元就必须具备熟练应用FPGA的能力。通过网上和图书馆查阅资料以及和老师交流都可以对DDS有一个很好的理解,也对FPGA有一定的了解。该多功能函数发射器的是建立在采样定理的基础上,利用DDS原理和FPGA技术实现的。首先我们利用C语言或Matlab通过采样波形函数得到各种波形数据,然后建立存储器并将其这些数据保存在该存储中,接下来我们设计一个带控制的地址产生单元,该地址产生单元每隔一段固定时间产生一个存储器地址,通过控制我们就得到我们想要波形数据的地址,通过地址我们就可不断的取出该波形的数据,接下来将取出该波形数据通过D/A转换成模拟信号,最后将该模拟信号通过一个反相器和加法器以实现其器幅度可调和叠加直流的功能,这就是实现该函数发生器的基本思路。虽然本课题是要设计一个功能较为完善的函数发生器,有一定的困难,但是通过从理论分析上我们看到该函数发生器的实现是完全有可能的,即从技术上说是完全可以实现的。其次我们使用的软件环境ModelSim和Quartus都具备,硬件资料开发板和电脑也具备,时间也允许,所以预期目标一定能够实现。3.完成本课题的工作方案(1.有效利用互联网和学校的图书馆资源,查找有关不同函数发生器工作原理及其不同的设计方案分析其优劣,寻求出一种合理的设计方案。(2.我们要对该函数发生器进行系统分析,分析其所有的功能以及它们之间的相互联系。(3.在以上功能分析的基础上对该系统进行功能模块划分,在模块的划分中我们要慎重以保证模块划分的合理性。将系统划分为小模块有利于我们的设计和调试。(4.制定阶段计划及相应的任务,并按时完成任务以保证毕业设计顺利开展。(5.要和指导师老师多交流并不断的总结。4.指导教师审阅意见指导教师(签字:年月日说明:本报告必须由承担毕业论文(设计课题任务的学生在毕业论文(设计正式开始的第1周周五之前独立撰写完成,并交指导教师审阅。西安邮电学院毕业设计(论文成绩评定表学生姓名XXXXXX性别男学号04074082专业班级XXXXXX课题名称基于FPGA的智能函数发生器的设计与实现课题类型难度毕业设计(论文时间指导教师XXXXXX((职称教授课题任务完成情况论文13(千字;设计、计算说明书(千字;图纸(张;其它(含附件:分项得分:开题调研论证分;课题质量(论文内容分;创新分;论文撰写(规范分;分;分指导教师(签字:年月日评阅教师意见分项得分:选题分;开题调研论证分;课题质量(论文内容分;创新分;论文撰写(规范分;外文翻译分评阅成绩:评阅教师(签字:年月日分项得分:准备情况分;毕业设计(论文质量分;(操作回答问题分验收成绩:验收教师(组长(签字:年月日答辩小组意见分项得分:准备情况分;陈述情况分;回答问题分;仪表分答辩成绩:答辩小组组长(签字:年月日成绩计算方法(填写本院系实用比例指导教师成绩20(%评阅成绩30(%验收成绩20(%答辩成绩30(%学生实得成绩(百分制指导教师成绩评阅成绩验收成绩答辩成绩总评答辩委员会意见毕业论文(设计总评成绩(等级:院答辩委员会主任(签字:学院(签章年月日备注西安邮电学院毕业论文(设计成绩评定表(续表F目录摘要.........................................................................................................1Abstract...............................................................................................................................................................................II1引言.....................................................................................................12智能函数发生器原理和系统实现.......................................................22.1DDS工作原理....................................................................................................22.2智能函数发生器的指标要求...........................................................................32.3设计的基本原理和思路....................................................................................32.4总体设计方案的确定.......................................................................................42.5本设计中FPGA的选取及配置.........................................................................52.5.1FPGA的选取.........................................................................................52.5.2FPGA的配置方式.................................................................................52.5.3软件开发环境.......................................................................................52.5.4高速D/A(TLC7528.............................................................................53信号发生器硬件电路设计..................................................................63.1DDS信号发生模块框图..................................................................................63.2DDS信号发生器模块中参数........................................................................63.2.1参考时钟......................................................................................