基于FPGA的任意波形发生器设计与实现

本文主要探讨了基于FPGA的函数信号发生器的设计与实现，作者黄振华在控制理论与控制工程专业攻读硕士期间，由导师李正明指导完成此研究。文章着重介绍了波形发生器的发展历程，特别是国外产品的性能指标，并详细阐述了FPGA在实现直接数字频率合成（DDS）技术中的应用。 在20世纪70年代初，直接数字频率合成（DDS）技术被提出，它可以生成任意波形，满足了现代测试领域的需求。FPGA（Field-Programmable Gate Array）因其高集成度、高速度和大容量存储器功能，成为实现DDS技术的理想选择，从而提升了函数信号发生器的性能并降低了生产成本。 文章首先概述了函数波形发生器的重要性以及DDS的基本理论。接着，详细介绍了使用FPGA设计DDS模块的过程。在设计中，作者将整个系统划分为控制模块、外围硬件和FPGA器件三大部分。控制模块负责整体协调，外围硬件提供物理支持，FPGA器件则承担核心计算任务，生成波形数据。 具体实现时，选用Altera公司的EP2C35F672C6i芯片作为FPGA主芯片，以实现高速、大容量的波形数据生成。控制芯片选择了三星公司的S3C2440，用于管理和通信。在设计过程中，作者利用Altera的Quartus II设计工具和Verilog HDL语言，通过硬件编程解决了FPGA与控制芯片的接口难题。 最终，该设计能够输出步进为0.01Hz，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。实验结果显示，设计达到了预期要求，证明了软硬件结合及FPGA技术在实现任意波形发生器方面的可行性。 关键词：函数发生器，直接数字频率合成，现场可编程门阵列 这篇硕士学位论文深入研究了基于FPGA的函数信号发生器设计，揭示了DDS技术在生成复杂波形中的关键作用，以及FPGA如何提升信号发生器的性能，对于理解和开发高性能信号源具有重要的理论和实践意义。