FPGA在信号发生与分析中的应用：双路低频信号发生及分析仪设计(二)

"数据转换/信号处理中的基于FPGA的双路低频信号发生及分析仪（二）" 本文主要讨论了一款基于FPGA的双路低频信号发生及分析仪的软件设计，该设备用于数据转换和信号处理。在这款设备中，软件部分包括三个关键模块：信号产生模块、人机交互模块以及频谱分析模块。 4.1 软件总体设计 整个系统的运行流程如下：信号生成的FPGA通过扫描按键获取用户输入的参数，如频率、幅度等，这些参数在数码管上显示。用户可以设置并确认这些参数，FPGA随后调用预先设计的IP核来生成所需的正弦波、三角波、锯齿波或方波。输出信号的特性可通过拨码开关控制，例如选择不同波形。另一方面，负责信号分析的FPGA利用快速傅里叶变换(FFT)核对信号进行频谱分析，将频谱信号输出，并从中解析出频率和幅度信息供用户查看。 4.2 信号产生模块设计 该模块运用了直接数字合成(DDS)技术来构建IP核，涵盖了正弦、三角、锯齿波和具有占空比控制的方波。在系统启动后，通道扫描按键会输出数值，这些数值被送到数码管显示。用户可以通过按键设置参数，如频率、幅度、占空比或相位差，这些参数控制字被用于调用相应的IP核生成特定波形。此外，通过拨码开关可以选择输出的波形类型。 4.3 频谱分析模块设计 此模块包含FFT模块和频率幅度提取模块两个部分。 4.3.1 FFT模块设计 在FFT模块中，采用的是时间抽选法，即将原始N点序列分解成更小的子序列，直至2点的离散傅里叶变换(DFT)。这种方法通过处理奇数子序列和偶数子序列的DFT来计算整个序列的DFT。FFT模块的软件流程图清晰地展示了这一过程。 4.3.2 频率幅度提取模块设计 在频谱分析过程中，频率和幅度的提取是独立进行的。首先，信号经过模数转换器(A/D)采样后进入频谱分析系统。接着，系统会输出频域信号，其中频率和幅度信息会被单独提取出来。这一步骤对于理解信号的特性至关重要。 这款基于FPGA的双路低频信号发生及分析仪通过软件实现了信号的精确生成与高效分析，为科研和工程应用提供了强大的工具，尤其是在数据转换和信号处理领域。其软件设计巧妙地结合了硬件功能，使得用户能够便捷地设定和观察信号的各种参数，同时也能对信号进行深度分析。