基于FPGA的多波形信号发生器设计

基于FPGA的多波形信号发生器设计 李佩佩1张帆2 (1．河南科技大学电子信息工程学院，河南洛阳471003； 2．华北水利水电学院信息一[程学院，河南郑州450011) [摘要]本文介绍了DDs的基本原理，详细介绍了一种基于FPGA的任意波形信号发生器的实现 方案 气瓶 现场处置方案 .pdf气瓶 现场处置方案 .doc见习基地管理方案.doc关于群访事件的化解方案建筑工地扬尘治理专项方案下载 ，设计出了一款 可以同时产生了方波，三角波，正弦波和锯齿波的高精度的信号发生器。 [关键词]直接频率合成器；vHDL；FPGA 1．引言 目前，国内在程控信号源方面已经提出许多基于频率 合成技术的方案，传统的合成技术无法实现对 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 波形的 线性叠加，采用直接频率合成技术(DirectDi百talFrequeIlcy synthesis，简称DDs)产牛波形，将所需的波形量化数据先存 于存储器中，通过锁相环构成的频率合成器产生所需频率 的脉冲驱动地址计数器，这样在存储器的数据线上会以所 需频率出现波形数据。该技术克服了模拟信号冗余餐大、不 易处理的缺陷，使标准波形的线件叠加过程简化为对浮点 数字的运算过程，可通过程序实现标准波形的线性叠加。近 几年超高速数字电路的发展以及对DDS的深入研究，DDS 的最高上作频率以及噪声性能已接近并达到与锁相频率合 成器相当的水平。随着这种频率合成技术的发展，其已，“泛 应用于通讯、导航、雷达、遥控遥测、电子对抗以及现代化的 仪器仪表工业等领域。 2．基本原理 DDs技术是一种把一系列数字量形式的信号通过DAC 转换成模拟量形式的信号的合成技术。目前使用最』“泛的 一种DDs方式是利用高速存储器作奁寻表，然后通过高速 DAC产生已经用数字形式存入的正弦波。其基本结构如下 图所示： 图l DDs基本结构 2．1相位累加器部分 相位累加器由N位加法器与N位累加寄存器级联构 成。每来1个时钟脉冲，加法器将频率控制数据与累加寄存 器输出的累加相位数据相加，把相加后的结果送至累加寄 存器的数据输入端。累加寄存器将加法器在上一个时钟作 用后所产生的新相位数据反馈到加法器的输入端，以使加 法器在_F一个时钟的作用下继续与频率控制数据相加。这 样，相位累加器在参考时钟的作用卜．，进行线性相位累加，当 相位累加器累加满量时就会产生一次溢出，完成一个周期性 的动作，这个周期就是DDs合成信号的一个频率周期，累加 器的溢出频率就是DDS输出的信号频率。 频率控 fc 图2相位累加器框图 量化序列 2．2相位一幅值转换部分 用相位累加器输出的数据作为取样地址，对正弦波波形 存储器进行相位一幅值转换，即叮在给定的时间卜确定输出 的波形幅值。 目位量化序歹t 釜波形RoM鍪 正弦幅度茸化序 N位 酬赶 一 图3相位幅值转换图 2．3数模转换部分 DAC将数字量形式的波形幅值转换成所要求合成频率 的模拟量形式信号，低通滤波器用于衰减和滤除不需要的取 样分量以便输出频谱纯净的正弦波信号。 对于计数容量为2w的相位累加器和具有M个相位取 样的正弦波波形存储器，若频率控制字为K，则DDS系统输 出信号的频率为G=￡x等，而频率分辨率为△仁‰n_眦“。 二。 3．FPGA实现 本设计的核心部分主要由相位累加器，相位控制器，寄 存器，只读存储器(ROM)和输出波彤选择器等五部分组成。 相位累加器中进行加K的运算，根据K数值的不f司，取的点 数发生变化，输}{{波形精确度也随之发生变化。时钟频率决 定输出变化的快慢。相位控制字决定输出波形起始点的位 作者简介：李佩佩，女，河南卢氏县人。硕士，助教，研究方向：雷达信号处理。 基金项目：2008年度郑州市科技 计划 项目进度计划表范例计划下载计划下载计划下载课程教学计划下载 攻关项目，项目编号：083sTRF403“一7。 一28— 万方数据 置。ROM中存储的是由c语言所生成的方波，三角波，正弦 波和锯齿波采样点波形。同时，考虑到控制字电路的抖动特 性，系统设计时添加了一个由或非门RS锁存器和D触发器 构成的去抖动电路。总的系统设计见如图4．所示： 图4任意波形发生器系统设计图 从图4可看出，相位累加器由N位的加法器和N位寄 存器组成，每来一个时钟脉冲，加法器完成一次频率控制字 的累加，并将结果送至寄存器的输出端，该数据也就作为波 形存储器的地址寻址，找到相应的波形数据。本系统需要使 用4个ROM来分别存储方波，三角波，正弦波和锯齿波文 件，根据不同的要求，使用四选一控制电路来输出所需波 形。输出的波形数据是阶梯波，所以一般要将波形进行平滑 滤波，使波形更理想。 下面为系统参数设为频率控制字4，相位控制字2时系 统输出结果，以及经过滤波后所对应的输出波形： 4．结束语 本文介绍了基于FPGA设计多波形信号发生器的设计 方法，该系统可以根据需要方便地实现各种波形的输出，但 是信号的输出还是有一定的误差。因此，在电路设计方面， 可以采用更好的标准的温补晶振，产生更多波形，并且提高 信号精度，同时滤波器方面也可以寻找更为合适的滤波器， 以提高系统的各项指标。 参考文献： [1】J．Ti锄ey，c．M．Rader，B．Gold．ADi画talFrcqu朗cySyIltllesiz盱 【J】．ⅢEET髓lns．AudioEloctroacoust，197l，AV-19：48—57． 【2】杨永华，王贤恩．基于DDs技术的数控信号源的设计【J】．浙 江海洋学院学报(自然科学版)，2006(02)：216—219． 【3】乐春峡，王雁平．基于FPGA的任意波形发生器的设计【J】．现 代电子技术，2008(01)：5卜53． 【4】石勇，王凡．基于低速数据采集的虚拟综合测试系统设计实现 【J】．电子测试，2008(01)：42—45． 【5】侯伯亨，顾新．ⅧDL硬件描述语言与数字逻辑电路设计[M】． 西安：西安电子科技大学出版社，1999． [6】董在望．通信电路原理【M】．北京：高等教育出版社，2()()2． (下转第43页) 一29— 万方数据 TheDiscussionofExtendingOGSA—DAIt0AccesstheDatabasewithaJDBCDriVer Qipen91DingztIao”2ChefITing3 (1．coucgcof蛐确m撕∞EngiIl∞咖gofcDUT，Cb∞gdu6l0059，Sicb咖。 2．ConegeofNetwof|【Educati∞ofCDUT，Ch锄g由l610059，sichu柚o 3．Ti舭fIICollegeofSWUI屯，MiaIIyang62lOoo，Sich岫n) 【棚蛔嘲】OGSA—DAJisamiddlewa∞c印ableofexposing柚dmaIIagingd撕bas船0ntlle鲥d．IIltllisp印er，wepres∞t弛 extensiont0theoGSA—DAI鲥dmidmew黜．msextc璐ionis锄娜l锄entationoftheSunⅢBCint曲ce，whichisusedtoaccess da切．bases埘mthejaval锄g姐ge．T．hisimplementati伽usestl壕oGSA—DmclientAPI，痂ingtoproVide觚easyandweUknown waytoenablenewandexistingdevel叩ersandapplicatio鹏to璐edatabasesexposedinthe鲥dbymeoGSA-D舢middle啪． 【K哆-憾由】班d；鲥dcomputing；jdbc；叩en鲥dser“cearchitecture(oGsA)；oGsA’DAJ (上接第29页) ADesignofFmlctionGeneratorwimMultipleSi盟alsBasedonFPGA LiPcipeil办觚gF姐2 (1．Hen觚UniV∞时ofSciencc锄d1hbnolo科，Luoyang47l003·H锄5 2．NordlChinaUni蛐ofW撇Co脚删andEle硎cPow盯，动朗gzhou4500ll，H钮砌 【^融I峨lTtlispap_er劬．砸uccs恤dcs啦妣aoffIl玎cti∞g∞e期协埘th舢ltipIesi目蛆lsbasedonDDstechnolog)，．Itc觚 exportf．o盯b私icwavefomsofhigllerprecision，such嬲sincwavc，triangul盯wave，髓叭00m啪ve粕dsq岫rewave． 【盈研-曩●】DDS；Ⅵ皿IL．H'GA (上接第34页) ProtectionMechanismsofWDM鼬ngNe觚od岱 乃删呜Y1y1 (Conegeofconlputersci％∞，sou也一c咖luniV哪时缅N撕onali吐嚣，Ⅵ恤趾430074，Hubci) 【^t_岫吐】wDMisoneofthe瑚lpidlydevel叩edtccllIlolo百esill0pticaln彻smission．111isp印erallalyZestl雠eprotection 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基于FPGA的信号发生器的设计[期刊论文]-深圳信息职业技术学院学报2008,6(2) 2. 武晓栋.郑宾.雷竹峰.WU Xiao-dong.ZHENG bin.LEI Zhu-feng 基于FPGA的信号发生器的设计[期刊论文]-机械 管理开发2011(6) 本文链接：http://d.g.wanfangdata.com.cn/Periodical_gddnydx200904013.aspx