基于FPGA实现技术的任意波形发生器设计 - CSDN文库

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基于可编程逻辑器件实现任意

波形发生器

摘要:

本文介绍了一种基于 EDA（电子设计自动化）技术及可编程逻辑器件设计

的任意波形发生器，运用直接数字频率合成技术（DDS 技术）的基本工作原理，

通过 Quartus II 5.1 软件和 VHDL 语言编程，对硬件结构和工作方式进行重构，

再由可编程逻辑器件控制数据的输出，经 D/A 转换器转换成相应模拟信号。在

设计过程中，以 Altera 公司的 fpga 芯片为设计器件。讨论了 DDS 技术的基本组

成结构、工作原理和特点

关键词:

电子设计自动化可编程逻辑器件任意波形发生器直接数字频率合成

技术（DDS 技术）

１

引言

通过这一段的学习，我完成了从对 FPGA 不懂到利用到实际项目中去

过渡,中电网的培训使我更好的驾驭这种工具，在此感谢各位老师.通过这一

段的学习我总结 FPGA/CPLD 在产品应用中有不可比拟的优势:

1 快速设计开发, FPGA/CPLD 极大的灵活行,使其在缩短设计时间上有

很大的优势,对一个新的项目有时可以不需要对硬件进行任何修改,这

是利用单片机单独实现的系统上难以完成的;

2 设计弹性: 由于 FPGA/CPLD 的规模和容量不断的提高,从而提高了设

计系统时的弹性,可以根据用户的实际情况和要求做相应的修改;设计

资源丰富,随着 FPGA/CPLD 行业的发展,其设计资源也随之剧增,而且

可以很快找到已实现的系统的简要说明;

3 提供良好升级性能。FPGA/CPLD 具有较强的软件升级功能，利用业

界标准的 HDL 和 FPGA/CPLD 制造商提供的基于平台和工具集方法的

工具，可以很方便地实现软件在各代 FPGA/CPLD 中的无缝移植。在

硬件升级方面，FPGA/CPLD 顾名思义就是现场可编程，因而能轻松

升级，很好地满足需求变化，延长了产品寿命，有助于网络设备跟踪

标准和协议的持续变化。

4 提供高抗扰能力。FPGA/CPLD 的串行连接技术可以减少引脚数量、

减小接头尺寸、降低电磁干扰辐射（EMI）、提高信号完整性和更好地

抵抗噪声，从而大大提升了系统的抗干扰能力，非常适用于对电磁辐射

安全有特殊要求的应用环境。

综上所述，EDA 技术和 FPGA/CPLD 的发展，不仅可使系统的体积小、重

量轻且功耗低，更重要的是可使系统的可靠性大大提高。另外,伴随着微控制器

技术(mcu\dsp)的发展,我个人认为,两种技术必将走向融合的道路,这种趋势在

ATMEl 公司推出的 FPSILC 芯片已经体现.

FPGA/CPLD 普及的另一个重要原因是 IP（知识产权）越来越被高度重视，

３

带有 IP 内核的功能模块在 ASIC 设计平台上的应用日益广泛。越来越多的设计

人员，采用设计重要，将系统设计模块化，为设计带来了快捷和方便。并可以使

每个设计人员充分利用软件代码。提高开发效率，减少应市时间，降低研发费用，

缩短研发周期，降低风险。这是研究 EDA 技术必须关注的问题。在电子设计技

术领域，可编程逻辑器件的广泛应用，为数字系统的设计带来极大的灵活性。高

集成度，高速和高可靠是 CPLD/FPGA 最明显的特点。由于 CPLD/FPGA 的集成

规模非常大，可利用先进的 EDA 工具进行电子系统设计和产品开发，在超高速

战速决应用领域和实时测控方面有非常广阔的应用前景。

本论文就利用 FPGA/CPLD 器件实现 DDS（直接数字频率合成）技术,来验

证 FPGA/CPLD 的优越性.

DDS（直接数字频率合成）技术是一种先进的频率合成技术，有着易于控制、

相位连续、输出频率为难顶度高、分辨率高等特点。DDS 完全不同于我们已经

熟悉的直接频率合成技术和锁相环频率合成技术，他的基本原理是采样定理，通

过查表法产生波形，并且随着大规模集成电路技术的飞速发展，其优越性逐步显

现出来

在现代电子测量仪器中，任意波形发生器（Arbitrary Waveform Generator，

简称 AWG）作为最新一类的信号源，正日益受到人们的重视，国内外的许多科

研单位和高等院校也纷纷着手研制 AWG。但目前使用的 AWG 大部分是利用分

立元件实现的，体积大、可靠性差、准确度低。本文是一种采用基于 FPGA/CPLD

实现的 AWG 设计方法，用一片 FPGA/CPLD 完成几十片 MSI（Middle Scale

Integration,中规模集成）电路才能完成的任务，并且波形合成采用了 DDS（Direct

Digital Synthesis）技术。在设计过程中，通过运用 Quartus II 5.1 软件和 VHDL

编程语言，可以进行软件模拟检测设计的正确性，大大简化了系统结构，降低了

成本，提高了系统的性能和可靠性。

1 方案的选择与比较

1.1 方案比较

要实现任意波形发生器有以下方案

a 方案一：采用单片机函数发生器（如 8038），8038 可同时产生正弦波、脉冲波，

方法简单易行；用 D/A 转换器的输出来改变调节电压，也可以实现数控调整频

４

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评论1

u014095849

2014-04-03

有vhdl代码，还不错

炎龙小魔

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