基于基于FPGA的任意波形发生器设计和实现的任意波形发生器设计和实现
波形发生器是一种数据信号发生器，在调试硬件时，常常需要加入一些信号，以观察电路工作是否正常。用一
般的信号发生器，不但笨重，而且只发一些简单的波形，不能满足需要。例如用户要调试串口通信程序时，就
要在计算机上写好一段程序，再用线连接计算机和用户实验板，如果不正常，不知道是通讯线有问题还是程序
有问题。用E2000/L的波形发生器功能，就可以定义串口数据。通过逻辑探勾输出，调试起来简单快捷。任意波
形发生器是目前电子测量仪器中发展最为快速的产品之一。它既可输出标准函数信号，也可以产生由用户定义
的非标准函数波形（任意波形）信号，并且有丰富的模拟调制（AM,FM,PM）和数字调制（FSK,PSK）功能，
能为
波形发生器是一种数据信号发生器，在调试硬件时，常常需要加入一些信号，以观察电路工作是否正常。用一般的信号发
生器，不但笨重，而且只发一些简单的波形，不能满足需要。例如用户要调试串口通信程序时，就要在计算机上写好一段程
序，再用线连接计算机和用户实验板，如果不正常，不知道是通讯线有问题还是程序有问题。用E2000/L的波形发生器功能，
就可以定义串口数据。通过逻辑探勾输出，调试起来简单快捷。任意波形发生器是目前电子测量仪器中发展最为快速的产品之
一。它既可输出标准函数信号，也可以产生由用户定义的非标准函数波形（任意波形）信号，并且有丰富的模拟调制
（AM,FM,PM）和数字调制（FSK,PSK）功能，能为不同的应用领域提供各种标准或非标准信号，尤其在水下声纳、通信、
雷达导航、电子对抗等装备的研制、生产、维修中，是必不可少的信号发生器。
1 任意波形发生器的任意波形发生器的FPGA实现实现
FPGA（Field-Programmable Gate Array），即现场可编程门阵列，它是在PAL、GAL、CPLD等可编程器件的基础上进
一步发展的产物。它是作为专用集成电路（ASIC）领域中的一种半定制电路而出现的，既解决了定制电路的不足，又克服了
原有可编程器件门电路数有限的缺点。FPGA一般来说比ASIC（专用集成芯片）的速度要慢，无法完成复杂的设计，而且消
耗更多的电能。但是他们也有很多的优点比如可以快速成品，可以被修改来改正程序中的错误和更便宜的造价。厂商也可能会
提供便宜的但是编辑能力差的FPGA.因为这些芯片有比较差的可编辑能力，所以这些设计的开发是在普通的FPGA上完成的，
然后将设计转移到一个类似于ASIC的芯片上。另外一种方法是用CPLD（复杂可编程逻辑器件备）。
系统框架如图1所示，上位机产生任意波形数据，经USB2.0控制器CY7C68013A与FPGA（现场可编程门阵列）相连。将
数据下载到FPGA的RAM当中，再通过硬件电路依次从波形存储器中读取出来，经D/A转换及滤波后得到所需信号波形输出。
关于DDS的基本原理与结构在这里就不再加以阐述，用FPGA按照DDS的基本原理和结构设计和实现一个任意波形发生
器，所以DDS的几个基本部分都是应当具备的。实现任意波形发生的关键在于把存放波形量化表的ROM换成了可以改写的
RAM,这样通过与RAM的接口可以改变存放在波形RAM中的数据从而实现任意波形发生。这里主要介绍控制部分、相位累加
器、波形RAM几个模块来叙述任意波形发生器的实现。
1.1 控制部分控制部分
这个部分主要是要解决DDS模块与单片机的接口问题。在FPGA的实现中，主要设计了2个模块，一个是输入寄存器模
块，为了接收单片机写入的频率控制字。另外一个是地址分配模块，这样单片机就可以通过不同的地址来选通FPGA各个模块
工作。设计中DDS采用了32位的相位累加器。这样对于一个频率控制字，单片机要分4次分别写入4个字节；基于这样的要
求，设计了输入寄存器模块如图2,这个部分主要是要解决DDS模块与单片机的接口问题。
din[70]是该模块与单片机数据线的接口，clr是低电平异步清零，en是高电平使能，elk为数据写入时钟，dout[31O]是寄存
器输出的32位频率控制字。该模块工作过程为：当en为高电平，clr也为高电平时，elk的上升沿将输入的8位数据锁存进该模
块中，当锁存完4个字节的数据后，自动将该4个字节的数据按照先写入的在高位的顺序组合成一个32 bit的数据输出到
dout[310].
该模块的功能仿真图如图3所示，看到当clr='1'并且en='1'时，经过4个时钟，dout上将前4个时钟的值'00'、'01'、'02'、
'03'组成32位的'00010203'数值输出在dout上。
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