基于FPGA的任意波形发生器设计

"这篇文档是东北大学秦皇岛分校计算机与通信工程学院的一篇关于《FPGA原理及应用》课程的结课论文，主题是基于FPGA的波形发生器设计。作者许锦相在2012年12月13日完成此项目，旨在利用FPGA设计一个可调幅度与频率的三角波和正弦波发生器，并通过键盘输入进行控制。设计还考虑了扩展性，以便未来能产生更多种类的波形。" 在设计中，FPGA（Field-Programmable Gate Array）作为一种可编程逻辑器件，被用来实现波形生成的核心功能。FPGA的优势在于其灵活性，能够根据需求配置和重新配置逻辑资源，这使得在硬件级别实现波形发生器成为可能。设计目标具体包括： 1. 利用FPGA的并行处理能力，构建一个波形发生器，它能生成特定幅度和频率的三角波和正弦波。 2. 通过外部键盘接口，允许用户输入控制信号，动态调整输出波形的幅度和频率。 3. 用户还能选择输出的波形类型，即在三角波和正弦波之间切换。 4. 拓展方案旨在进一步增强设计，使波形发生器能够生成其他任意幅度和频率可控的波形，以满足更广泛的应用需求。 设计报告详细阐述了背景和设计过程。首先，作者指出波形发生器在通信、雷达、测控等领域的广泛应用，以及现代电子测量对高性能、高精度、易操作的波形发生器的迫切需求。接着，报告详细介绍了软件设计部分，采用了VHDL（Very High Speed Integrated Circuit Hardware Description Language）作为硬件描述语言，这是一种标准的工业级语言，支持多种电路设计方法，包括FPGA的设计。 软件设计采用了三个主要的进程： 1. 正弦波/三角波切换进程：这部分代码负责根据用户的输入切换波形类型，从正弦波到三角波或反之。 2. 频率幅值设置进程：该进程接收来自键盘的输入，实时更新波形的频率和幅度参数。 3. 波形数据ROM：存储用于生成波形的采样点，这些采样点是通过数学计算预先确定的，以保证生成的波形精度。 整个设计通过VHDL程序在QuartusII集成环境下进行仿真和验证，最终实现了一个用户友好的、功能齐全的波形发生器原型。这种基于FPGA的解决方案不仅在成本上具有优势，而且在速度和灵活性上也超越了传统的专用硬件波形发生器，为未来的电子测量和实验提供了强大的工具。