文档介绍：采用EDA技术的波形发生器的设计
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毕业答辩
一、研究意义
研究目的
二、研究的展开思路和框架
研究方法与过程
三、致谢
目录
研究意义:
研究目的:2. 使其能够产生正弦波
存储模块是波形发生器的重要组成部分。是将FPGA中写好的数据送入存储模块中,再交由D/A芯片转换为波形输出。
结构
功能
产品
实现方波、三角波、正弦波等。本设计主要产生正弦波即可。
BW17-F195是一款任意波形发生器,它性能出色,经济实惠,是属于适用范围最宽的任意波形发生器系列
【方案选择】
经过上述分析,可以发现两种方案都可以满足本设计的要求。但是基于ROM的方案有其独特的优势,即可以产生任意波形。例如,本设计中要求产生正弦波,所以在ROM中存储正弦波的波形数据,但是如果需要产生其他波形时,只需要向ROM中存入不同的波形数据即可,而不需要改变程序。所以,ROM方案可以用于产生任意波形,所以本设计选择ROM方案产生正弦波。
首先在FPGA中设计预先定制好的波形发生ROM表,然后键盘控制FPGA读取ROM表中写好的数据,送至D/A转换芯片,再经过低通滤波器将信号输出的波形进行进一步调整,滤波后由示波器观察输出波形。
同时,由键盘输入控制,转换读取数据的ROM表格,来转换输出波形的种类;改变FPGA读取ROM表的读数间隔来改变输出信号的频率,以实现调频。
【方案一】
考虑D/A采样方法。一般来说,对于使用哪种取样类型取决于测试信号的形式:如果是重复信号波形,采用实时取样和等效取样都行,但使用等效取样方法更为经济。对观察非周期信号和瞬态信号,实时取样方法能更好的处理和分析。
FPGA设计。FPGA设计是关键,它是整个波形发生器的控制中心和数据处理中心,负责完成D/A的控制。在FPGA芯片中,至少需要设计的模块有:D/A控制器,时序产生器,同步器等。
研究方法与过程——方案比较与选择
波形发生器有多种可选的实现方案,一种是根据波形函数通过VHDL写出每一种波形的描述代码,再把产生的数据通过外部的D/A转换成相应的模拟波形;另一种是用其他的工具产生各种波形的16进制代码,通过VHDL描述一个ROM和相应的控制器,再在时钟信号作用下,把数据输出到外部D/A转换成相应的模拟波形。下面分别对两种方案进行介绍。
【方案分析】
软件方案分析
波形函数方案
波形ROM方案
方案比较及选择
研究方法与过程——芯片选择方案
FPGA器件选择
D/A芯片选型
器件选择
由于Altera大学计划较为普及,设计并平台搭建方便,故采用Altera FPGA。
Cyclone(飓风):Altera中等规模FPGA,2003年推出,,,与Stratix结构类似,是一种低成本FPGA系列,是目前主流产品,其配置芯片也改用全新的产品。
Cyclone 即可以满足本次课题的设计需求,所以本课题选用Cyclone。
TLC5620
常工作温度是0-70 ℃;
;
提供5V的电压使其正常工作,转换时间为1~2微秒;
系统采用8位A/D,;
芯片方案选择
波形发生器系统框图
研究方法与过程——系统原理
FPGA波形发生控制电路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,ROM的大小由采样点的个数决定。波形ROM中存有发生器的波形数据,如正弦波或三角波数据。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。取出采样点的幅值,这样就可以产生数字化的波形。
研究方法与过程——FPGA的实现与仿真
顶层模块图
研究方法与过程——FPGA的实现与仿真
主控模块
时钟分频模块
按键去抖模块
波形存储模块
D/A芯片模块
LCD显示模块
主控模块完成本设计的主要控制功能,包括波形幅度和频率的控制、LCD显示控制和DAC芯片控制等。波形如图:
由于电路板上面的时钟为50MHz,频率较高,所以需要对板载时钟进行分频,得到各种需要的时钟频率,下面以产生50KHz的时钟分频模块为例,说明本模块的基本功能。波形如图:
由于物理按键工作的时候,在电平上升沿和下降沿附近都会产生电平抖动,所以需要去抖模块,避免对后续模块造成干扰。波形如图:
本模块的主要功能是存储正弦波形,波形数据在Matlab中产生,一个周期的采样点数为128,足以保证输出的波形不出现明显失真。波形如图:
本模块的主要功能是将数据按照TLC5620的时序要求进行输出,具体时序参见TLC5620数据手册。波形如图:
本设计采用LCD显示,与七段数码管相比,LCD可以更加灵活的显示任