基于FPGA的任意波形发生器设计与实现——结合DDS与改进控制

"这篇硕士学位论文主要探讨了基于FPGA的函数信号发生器设计与实现，采用了改进的重复控制和双闭环π控制策略，应用于逆变器研究。论文作者黄振华，导师李正明，专业为控制理论与控制工程，学位级别为硕士，于2009年6月完成于江苏大学。" 在现代电子设计中，硬件描述语言（HDL）如Verilog_HDL扮演着至关重要的角色。这种语言允许设计者用形式化的语言描述数字系统，以便通过电子设计自动化（EDA）工具进行仿真、综合和实现。在本文中，HDL被用于设计一个基于FPGA的函数信号发生器，该发生器使用直接数字频率合成（DDS）技术来生成任意波形。 DDS是一种全数字的频率合成技术，由20世纪70年代初提出，其查表合成方法能够产生各种复杂的波形。FPGA（Field-Programmable Gate Array）因其高集成度、高速度和大容量存储能力，成为实现DDS的理想平台，可以显著提升信号发生器的性能，同时降低成本。 设计过程中，论文详细描述了如何利用FPGA实现DDS模块，包括控制模块、外围硬件和FPGA器件三大部分的划分。主芯片选用Altera公司的EP2C35F672C6，以实现波形数据的生成，而控制芯片则选择了三星公司的S3C2440。FPGA芯片的设计和与控制芯片的接口设计是整个设计的关键难点，通过使用Altera的Quartus II工具和Verilog-HDL语言，采取硬件编程的方法成功解决了这一问题。 最终设计能够输出频率范围从0.01Hz到20MHz的正弦波、三角波、锯齿波和方波，以及0.01Hz到20kHz的任意波形，步进精度达到0.01Hz。实验证明，该设计达到了预期目标，证明了利用FPGA技术和软硬件结合实现任意波形发生器的有效性。 关键词涵盖了函数发生器、直接数字频率合成（DDS）和现场可编程门阵列（FPGA），这些都是在电子工程和信号处理领域中的核心概念，对于理解和开发先进的信号源系统至关重要。