JIANGSU UNIVERSITY OF TECHNOLOGY
基于FPGA的直接数字频率合成器设计
学 院： 电气信息工程学院 专 业： 电子信息工程 班 级： 姓 名： 学 号： 指导教师： 戴霞娟、陈海忠 时 间: 2015年9月17日
FPGA技术实验报告
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目 录
1.功能要求 ........................................................... 2 2. 方案设计及原理框图 ................................................ 2 2.1 方案设计 ......................................................... 2 2.2 原理框图 ......................................................... 3 2.2.1输入电路 ........................................................ 3 2.2.2FPGA电路 ........................................................ 3 2.2.3D/A转换电路 ..................................................... 4 3. 硬件电路设计及原理分析 ............................................ 4 3.1 硬件电路图 ....................................................... 4 3.2 原理分析 ......................................................... 5 3.3 DAC0832转换器 .................................................... 5 3.4 LM358芯片 ........................................................ 5 4.程序模块设计、仿真结果及分析 ...................... 错误！未定义书签。 4.1顶层模块 .......................................................... 6 4.2分频模块 .......................................................... 6 4.3 时钟模块 ........................................ 错误！未定义书签。 4.4正弦波产生模块 ................................... 错误！未定义书签。 4.5三角波产生模块 ................................... 错误！未定义书签。 4.6方波产生模块 ..................................... 错误！未定义书签。 4.7锯齿波产生模块 ................................... 错误！未定义书签。 4.8波形选择模块 ..................................... 错误！未定义书签。 5. 软硬件调试 ....................................................... 20 5.1软件调试 ......................................................... 22 5.2硬件调试 ......................................................... 22 6.调试结果说明 ...................................................... 25 7.心得体会 .......................................................... 25 8.参考文献 .......................................................... 25 附 录 ............................................................... 26
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1.功能要求
通过本课题训练，使学生掌握使用FPGA实现频率合成的方法。要求学生根据正弦波形发生器的设计实例，举一反三，设计多功能波形发生器。该波形发生器能产生正弦波、方波、三角波、锯齿波和由用户编辑的特定形状波形，并且幅度、频率可调。具体要求如下:
基本要求：
（1）具有产生正弦波、方波、三角波、锯齿波4种周期性波形的功能。 （2）输出波形的频率范围为100HZ~200kHZ；至少可以输出8种频率的波形。 （3）输出波形幅度不大于5V（峰-峰值），且幅度可调。
扩展要求：
（1）在频率范围为100HZ~200kHZ内，频率步进间隔≤100HZ。
（2）输出波形幅度范围0~5V（峰-峰值），可按步进0.1V（峰-峰值）调整。 （3）用LCD1602显示输出波形的类型、重复频率（周期）和幅度。 （4）用键盘输入编辑生成上述4种波形（同周期）的线性组合波形。 （5）用键盘和其他输入装置产生任意波形。 （6）具有波形存储功能。
2.方案设计及原理框图 2.1方案设计
利用FPGA来完成设计，FPGA编程灵活，可以实现三角波、方波、锯齿波和
正弦波的数字化处理，将一个周期内的采样点存储起来，生成频率可调的正弦波、方波、锯齿波或者三角波，再通过D/A转换和滤波电路便可得到模拟波形。利用该方法，编程简单，实现灵活。
2.2原理框图
数字信号发生器系统主要由输入部分、FPGA部分、D/A转换部分、频率调节和波形转换部分组成。原理框图如下图1：
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FPGA部分 时钟 分频器 复位 系统控制正弦波 波形 波形 调频1 调频2 调频3 三角波 方波 锯齿波 滤波 输出 D\\A 图1：多功能波形信号发生器原理框图 2.2.1输入部分
输入部分包含以下功能按键：时钟、复位、波形、调频1、调频2和调频3。 （1）时钟：标准的50MHZ时钟输入。 （2）复位：低电平复位。
（3）波形：为波形输出选择开关，可以选择单波形的输出。
（4）调频1,2，3：可以改变正弦波、三角波、方波和锯齿波的频率，总共可以输出8种不同频率。
转 器换
2.2.2FPGA部分
FPGA是整个系统的核心，包括系统控制器、波形数据生成器、加法器、运算/
译码、分频器等电路。各部分具体功能如下： 系统控制器：控制系统的每个部分状态之间的协调。 分频：分频系数有的固定不变，也有可改变的。
正弦波：通过循环不断地从RAM中依次读取正弦波一个周期在时域上1024个采样点的波形数据送入波形DAC，从而产生正弦波。正弦波的频率取决于读取数据的速度。
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三角波：三角波波形是对称的，每边呈线性变化，所以可以根据地址数据做简单运算，就可以得到三角波。
锯齿波：产生单调性锯齿波，因此把地址数据进行左移2位，结果送波形DAC就可。
方波：方波产生有1024个采样点组成，1024个采样点的数据只有“低电平”和“高电平”2种状态。
2.2.3波形D/A转换部分
采用具有8位分辨率的D/A转换集成芯片DAC0832作为多种波形发生器的数模转换器。由于多种波形发生器制使用一路D/A转换，因而DAC0832可连续接成单缓冲器方式。另外，因DAC0832是一种电流输出型D/A转换器，要获得模拟电压输出时，需外接运放来实现电流转换为电压。
由于在实际使用中输出波形不仅需要单极性的（0～+5V或-5～0V） 有时还需要双极性的（±5V）,因而可用两组运算放大器作为模拟电压输出电路，运放可选用LM358,其片内集成了两个运算放大器。
3.硬件电路设计及原理分析
3.1硬件电路图
图2：波形信号发生器硬件电路图