1、 1 基于 FPGA 的波形信号发生器的设计 1、引言 随着微电子技术的发展 ， 20世纪 80年代中期 出现的 现场可编程门阵列 FPGA器件得到了飞速发展。由于该器件具有体系结构、逻辑单元灵活、集成度高以及适用范围广等特点，可实现大规模和超大规模的集成电路，而且编程灵活。因而在数字信号处理中得到了广泛应用，越来越受到硬件电路设计工程师们的青睐 。 波形发生器是一种广泛应用于电子电路、自动控制和科学实验等领域的信号源，从某种意义上说高品质的的信号源更是实现高性能指标的关键。正弦波信号、三角波信号和方波信号都是科研中最常用的三 种信号形式，应非常广泛。它们通常作为标准信号，用于电子电路的性能试
2、验或参数测量。本文就是利用 GW48 SOPC DSP实验开发系统采用宏功能模块较为方便地实现了正弦波信号、三角波信号和方波信号。可编程门阵列 (FPGA)中的波形发生器控制电路钟，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：当以固定频率扫描输出地址时，模拟输出波形是固定频率。而当以周期性时变方式扫描输出地址时则模拟输出波形为扫频信号。波形数据 ROM 中存有发生器的波形数据如正弦波 数据。当接受来自 FPGA 的地址信号后，将从数据线输出相应的波形数据，地址变化得越快，则输出数据的速度越快，从而使 D A输出的模拟信号的变化
3、速度越快。 在本实验设计过程中采用可编程逻辑器件 FPGA,并通过运用 Alter 公司推出的功能强大的支持可编程逻辑器件的设计环境 QuartusII 软件和基于超高速硬件描述语言 VHDL 编程语言，可以进行软件模拟检测设计的正确性，大大简化了系统结构，降低了成本，提高了系统的性能和可靠性，从而方便的实现了信号（正弦信号、三角波信号、方波信号）发生器电路。 2、波形发生器的设计原理 2.1 硬件电路的设计的理论基础 本设计的设计基础是 DDS（直接数字频率合成）技术。 DDS（直接数字频率合成）技术是七十年代初提出的一种新的频率合成技术，它是一种心的全数字频率合成技术，其数字结构满足了现代
4、电子系统的许多要求。 DDS（直接数字频率合成）技术是一种先进的频率合成技术，有着易于控制、相位连续、分辨率高等特点。 DDS 完全不同于我们已经熟悉的2 直接频率合成技术和锁相环频率合成技术，它的基本原理是采样定理，通过查表法产生波形，并且伴随着大规模集成电路技术的飞速发展其优越性逐步显现出来。而另一方面，现场 可编程门阵列器件 FPGA 的出现，则是改变了现代电子设计系统的设计方法，提供了一种全新的设计模式。本实验就是结合了这两项技术，方便简洁的实现了波形发生器的设计。 2.2 设计工具 QuartusII 基本介绍 Altera公司的 QuartusII 软件完全支持 VHDL的设计流程
5、，其内部嵌有 VHDL逻辑综合器。 QuartusII具备仿真功能，同时也支持第三方的仿真工具，如 ModelSim。此外， QuartusII与 MATLAB和 DSP Builder 结合，可以基于 FPGA 的 DSP系统开发，是 DSP硬件系统实现的关键 EDA工具。 QuartusII包括模块化的编译器。编译器包括的功能模块有分析 /综合器（ Analysis USE IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL; USE IEEE.STD_LOGIC_UNSIGNED.ALL; ENTITY fenpin IS PORT ( CLK : IN STD_LOGIC; -RESET
6、:IN STD_LOGIC; NEWCLK : OUT STD_LOGIC); END fenpin; ARCHITECTURE ART OF fenpin IS CONSTANT DIVIDED:INTEGER:=6; BEGIN DIVIDED_CLK:PROCESS(CLK ) IS VARIABLE COUNT:INTEGER RANGE 0 TO 5; 19 BEGIN -IF(RESET=1)THEN -COUNT:=0; -NEWCLKData_outData_outData_outData_out=“00000000“; end case; end process; end architecture art;
