基于LPM_ROM与THS5651的多波形函数信号发生器设计

资源摘要信息: "实验十四 函数信号发生器的设计" 知识点概述: 本实验的核心任务是设计并实现一个函数信号发生器，该发生器能够利用数字技术产生多种模拟信号波形，如正弦波、方波和三角波等。在设计过程中，将使用硬件描述语言Verilog来编写程序，进而通过FPGA（现场可编程门阵列）来实现这些功能。本实验的目标是通过LPM_ROM（库参数化模块的只读存储器）和DA转换器THS5651来设计信号发生器。下面详细介绍实验中涉及的关键知识点。 知识点详解: 1. LPM_ROM的使用： LPM_ROM是一种参数化的ROM模块，它可以存储预先定义的波形数据。在本实验中，我们需要设计波形数据表（*.mif文件），这些数据将被存储在LPM_ROM中，以便FPGA在运行时能够通过查询这个数据表来生成相应的波形。 2. DAC的使用： 数模转换器（DAC）是将数字信号转换为模拟信号的关键部件。本实验中使用的DA转换器是THS5651，这是一款高速、高性能的数模转换器。通过编写Verilog代码控制FPGA输出正确的数字信号，进而通过DAC转换成模拟信号输出。 3. Verilog编程基础： Verilog是一种硬件描述语言（HDL），它被广泛用于电子系统设计自动化（EDA），尤其是在FPGA和ASIC的设计中。本实验要求学生具备一定的Verilog编程基础，以便能够编写出符合要求的信号发生器代码。 4. 波形数据表设计： 波形数据表是LPM_ROM的数据输入，它定义了生成波形的离散样本值。本实验要求设计8位或10位的数据宽度以及8位的地址宽度，这将直接决定生成波形的精度和可寻址的数据量。 5. 信号生成与频率切换： 实验要求生成的单极性正弦波峰峰值需大于4V，且能够通过按键切换输出信号频率为100Hz或1KHz。不改变时钟频率的前提下实现频率切换需要在设计中考虑到频率的分频或倍频，并通过硬件实现。 6. 多种波形输出： 进阶要求中，需要设计函数信号发生器实现多种波形输出，包括正弦波、方波和三角波，并能够通过按键进行切换。这要求设计者能够根据每种波形的特点，在LPM_ROM中存储相应的数据表，并在FPGA程序中实现波形选择逻辑。 7. 输出信号幅度和频率的调节： 使用按键来改变输出信号的幅度和频率是实验的另一项进阶要求。幅度调节可能需要通过数字信号的增益控制来实现，而频率调节则需要在程序中设计可变分频器或倍频器。 8. 示波器观测与记录： 示波器是观测和记录波形输出的常用工具，通过示波器可以直观地观察到输出波形的形状、频率、幅度等参数，并进行记录和分析。 总结: 本实验要求学生利用Verilog语言结合FPGA平台，设计并实现一个函数信号发生器。学生需要掌握波形数据表的设计、DAC的工作原理，以及Verilog编程技巧，最终实现一个能够输出不同波形、调节幅度和频率的信号发生器。通过本实验，学生能够深入理解数字信号处理和FPGA编程在实际应用中的重要性。