基于FPGA的多信号发生器设计.doc

摘要:随着社会科学技术的发展，信号发生器已经成为科技等领域重要仪器设备。传统的模拟信号发生器频率合成难、精确度低、转换不灵活。DDS信号发生器是一种新型信号源，与传统信号源相比较，具有分辨度高，输出相位不间断等优点。采用DDS专用芯片进行频率合成，参数不灵活，使用不便，而基于FPGA的自行设计DDS，信号稳定，转换灵活。为此，本文提出一种基于FPGA的多波形信号发生器。

本次课题采用自行设计FPGA的方法，结合直接数字频率合成技术(DDS)设计了多波形信号发生器。其硬件部分包括五部分，分别为FPGA核心模块，DAC模块，电源模块，键盘模块和显示模块。FPGA内部逻辑设计包括六部分，分别为DDS逻辑设计，波形存储逻辑设计，频率及幅度控制逻辑设计，波形选择逻辑设计，显示逻辑设计和键盘逻辑设计。系统通过FPGA逻辑设计，实现了DDS频率合成，经D/A转换输出多种波形。论文对各个模块进行仿真及分析。

经过运行测试，本信号发生器可实现四种波形（正弦波，三角波，锯齿波，方波）输出，通过按键控制频率和幅度的调节。系统性能稳定，使用方便，具有重要的实用价值及较好的应用前景。

关键词：直接数字频率合成（DDS）；现场可编程门阵列（FPGA）；信号发生器

目录

摘要

Abstract

1 前言-1

1.1 课题研究背景及意义-1

1.2 国内外发展现状-1

1.3主要研究内容-2

2 设计方案-3

2.1 总体方案设计-3

2.2 频率合成方案论证-4

3 系统硬件设计-7

3.1 FPGA核心电路-7

3.2 DAC数模转换电路-8

3.3 电源电路模块-9

3.4 LCD1602显示硬件电路模块-11

3.5 矩阵键盘硬件电路模块-12

4 FPGA逻辑设计及仿真-13

4.1 波形存储逻辑设计及仿真-13

4.1.1波形数据的生成-13

4.1.2 ROM的设计-14

4.1.3波形存储逻辑仿真-19

4.2 DDS逻辑设计及仿真-19

4.2.1 DDS逻辑设计-19

4.2.2 DDS逻辑仿真-20

4.3 波形选择模块逻辑设计及仿真-21

4.3.1 波形选择逻辑设计-21

4.3.2 波形选择逻辑仿真-21

4.4 频率与幅度控制逻辑设计及仿真-22

4.4.1频率与幅度控制逻辑设计-22

4.4.2频率与幅度控制逻辑仿真-23

4.4 矩阵键盘控制逻辑设计-23

4.4.1 矩阵键盘控制逻辑设计-24

4.4.2 键盘控制逻辑仿真-24

4.5 显示控制逻辑设计及仿真-25

4.5.1 显示控制逻辑设计-25

4.5.2 显示控制逻辑仿真-26

4.6 顶层原理图及其仿真-26

4.6.1 顶层原理图仿真-27

5 系统调试与测试-28

5.1 系统调试-28

5.2 实验测试-29

5.2.1 基本波形数据测试-30

结    论-32

参 考 文 献-33

附录A 系统原理图-34

附录B 核心板PCB设计图-35

附录C 底板PCB设计图-36

附录D 源程序-37

致    谢-56