文档介绍：课程设计
题目基于FPGA和Quartus II设计的智能函数发生器
所在院(系) 物理与电信工程学院
基于FPGA和Quartus II设计的智能函数发生器
[摘要] 信号发生器又称信号源或振荡器,在生产实践和科技领域中有着广泛的应用。它能够产生多种波形,如三角波、锯齿波、矩形波(含方波)、正弦波等,在电路实验和设备检测中具有十分广泛的用途。例如在通信、广播、电视系统中,都需要射频(高频)发射,这里的射频波就是载波,把音频(低频)、视频信号或脉冲信号运载出去,就需要能够产生高频的振荡器。在工业、农业、生物医学等领域内,如高频感应加热、熔炼、淬火、超声诊断、核磁共振成像等,都需要功率或大或小、频率或高或低的信号发生器。本设计采用FPGA来设计制作多功能信号发生器。该信号发生器可以产生锯齿波、三角波、方波等波形。

[关键词] 信号发生器;VHDL;FPGA;三角波;方波;锯齿波。
目录
1
1
VHDL 和 Verilog简介 3
设计工具简介 3
3
VHDL程序语言基本设计 3
4
程序设计原理框图 4
4 系统的软件设计与仿真 6
系统仿真时序图 6
RTL仿真硬件图 7
5总结体会与展望 8
参考文献 9
附录A 设计原理图 10
附录B 系统仿真图 11
附录C 源程序清单 13

20世纪90年代,国际上电子和计算机技术较先进的国家,一直在积极探索新的电子电路设计方法。电子设计自动化(EDA)工具给电子设计带来了巨大的变革,特别是可编程逻辑器件和硬件描述语言的出现和发展,解决了用传统的方法设计较大系统工程时的诸多不便,成为电子电路设计人员最得力的助手。随着计算机和EDA技术的发展,基于FPGA的电子设计则是目前发展较为迅速的一个领域,而且广泛应用于计算机、通信等各个领域。因此,本文主要利用VHDL,设计制作一个多功能波形发生器。采用传统的模拟振荡电路构成的波形发生器产生的信号频率精度低,不仅成本高,外围电路复杂,易受外界干扰,而且调试困难,不便于调控,实现的性能指标也不理想。对此采用具有良好性能的专用集成芯片就能达到本题的目的要求。但采用该方法所需的外围电路模块多且较为复杂,不利于控制和问题的检查。而纯单片机的方法虽便于控制但又难以达到题目的要求。
现如今是信息时代,人们对使用计算机获取信息、处理信息的依赖性也越来越高。因此,利用FPGA采用DDS的方式来设计的波形发生器前景十分可观。
随着电子技术的飞速发展,VHDL作为标准化的硬件描述语言获得了广泛的应用。无论是采用传统的模拟振荡电路还是专用的集成芯片所作的波形发生器已不能满足需要。因此,对波形发生器的设计势在必行。本文主要利用VHDL语言,设计制作一个多功能波形发生器,能实现多种波形的输出及组合,并进行仿真。

FPGA(Field-Programmable Gate Array)即现场可编程门阵列,它是在PAL、GAL、CPLD等可编程器件的基础上进一步发展的产物。它是作为专用集成电路(ASIC)领域中的一种半定制电路而出现的,既解决了定制电路的不足,又克服了原有可编程器件门电路数有限的缺点。
与传统们阵列和掩模可编程门阵列(MPGA)相比,FPGA具有很多的优点,传统门阵列可以用来设计任何电路,但是只能在工厂中一次性编程,而且还需要针对该电路的特定的掩模。FPGA是标准通用器件。使用其代替MPGA,可以将设计时间由几个月缩短至几小时,并且使设计更加简单,从而减少了错误修改和设计指标变更的花费。
FPGA器件在结构上,由逻辑功能块排列为阵列,它的结构可以分为三个部分:可编程快CLB(Configurable Logic Blocks)、可编程I/O模块IOB(Input Block)和可编程内部连线PI(Programmable Interconnect)。CLB在器件中排列为阵列,周围有环形内部连线,IOB分布在四周的管脚上。
FPGA也存在缺点,FPGA中,每个可编程的点都有电阻和电容。电阻和电容的使用减慢了信号的传输速度,所以FPGA的速度比传统门阵列要低,而且,FPGA中互联延迟是不可预测的。
FPGA的基本特点主要有:
    一、采用FPGA设计ASIC电路,用户不需要投片生产,就能得到合用的芯片。
    二、FPGA可做其它全定制或半定制ASIC电路的中试样片。
    三、FPGA内部有丰富的触发器和I/O引脚。
    四、FPGA是ASIC电路中设计周期最短、开发费用最低、风险最小的器件之一。
    五、FPGA采用高速