VHDL正弦信号发生器设计

VHDL正弦信号发生器设计

第一章绪论.............................................................. II

1.1 课题的研究背景与意义............................................. II

1.2 课题的国内外研究现状............................................. II

1.3 本文主要研究内容................................................. II 第二章主要工具及其应用................................... 错误!未定义书签。

2.1 硬件设计技术...................................... 错误!未定义书签。

2.2 常用工具.......................................... 错误!未定义书签。

2.2.1 EDA .......................................... 错误!未定义书签。

2.2.2 VHDL ......................................... 错误!未定义书签。

2.2.3 DAC0832 ...................................... 错误!未定义书签。

2.3 本章小结.......................................... 错误!未定义书签。第三章系统设计与实现..................................................... V

3.1倍频器模块......................................................... V

3.2主程序模块......................................................... V

3.3 波形显示模块..................................................... VI

3.4 频率显示模块..................................................... VI 第四章软件仿真......................................................... VII 第五章硬件测试........................................................ VIII

5.1 编译........................................................... VIII

5.2 引脚的锁定....................................................... IX

5.3 编程下载......................................................... IX

5.4 硬件验证.......................................................... X

5.5 波形显示......................................................... XI

第一章绪论

1.1 课题的研究背景与意义

信号发生器作为一种常用的信号源，在现代通信领域和测量领域得到广泛的应用。本文设计了基本设计方案，在现有单一信号发生器的基础上，加上其它信号模块，通过组合与设计，用数模转换器（D/A）将选中的信号源发出的信号由数字信号转换为模拟信号，再用示波器显示出来，其信号发生器的结构框图如图1-1所示。

图1-1 信号发生器结构框图

1.2 课题的国内外研究现状

信号发生器从上世纪20年代诞生发展到如今先后经历了模拟式信号发生器-数字式信号发生器-虚拟信号发生器三个发展阶段。

从40年到60年代期间，信号发生器主要采用以电子管工艺为基础的模拟电路构成;到了60年代中期，随着晶体管工艺的出现、大规模和超大规模集成电路的应用，使信号发生器得到了一定的发展，其信号的输出精度得到一定提高。

到了70年代微处理器出现以后，使得信号发生器的产生方法发生了改变;这个时期的信号发生器多以软件为主，实质是采用微处理器对DAC的程序控制，就可以得到各种简单的波形。

1.3 本文主要研究内容

在本次的设计中是按模块来实现的，设计总共分为三大步骤完成：

（1）产生正弦波波形信号；

（2）频率的控制；

（3）显示频率值。

利用VHDL编程，依据基本数字电路模块原理进行整合。

系统各部分所需工作时钟信号由输入系统时钟信号经分频得到，系统时钟输入端应满足输入脉冲信号的要求。频率控制模块可以实现频率的连续可调，最终送至脉冲发生模块输出脉冲信号，同时将信号的频率输出至数码管显示当前信号的频率值，达到设计所要求的输出波形频率可调功能。

如图1-2所示：

图1-2

第二章主要工具及其应用

EDA

电子设计技术的核心就是EDA技术，EDA是指以计算机为工作平台，融合应用电子技术、计算机技术、智能化技术最新成果而研制成的电子CAD通用软件包，主要能辅助进行三方面的设计工作，即IC设计、电子电路设计和PCB设计。

VHDL

VHDL是一种全方位的硬件描述语言，包括系统行为级、寄存器传输级和逻辑门级多个设计层次,支持结构、数据流和行为三种描述形式的混合描述，因此VHDL几乎覆盖了以往各种硬件描述语言的功能，整个自顶向下或自底向上的电路设计过程都可以用VHDL来完成。

DAC0832

DAC0832是8分辨率的D/A转换集成芯片。与微处理器完全兼容。这个DA芯片以其价格低廉、接口简单、转换控制容易等优点，在单片机应用系统中得到广泛的应用。D/A 转换器由8位输入锁存器、8位DAC寄存器、8位D/A转换电路及转换控制电路构成。

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第三章系统设计与实现

3.1倍频器模块

由于要求简易正弦波信号发生器输出频率达到1MHZ，所以实验箱上的20MHZ的输出过低，无法达到要求。此时可以采用一个倍频器将20MHZ的频率输出加倍成为128MHZ的频率输出。具体通过Quartus II 9.0软件所做的模块原理图如图3-1所示：

图3-1 倍频器模块原理图

3.2主程序模块

主程序用来实现系统的主要功能，包括波形定义分频、频段选择、频率调节以及频率输出等。主程序见附录1。主程序原理图如图3-2所示：

图3-2主程序模块原理图

其中clk信号为20MHZ的信号经过加倍后的128MHZ的频率。Key1、key2为频率调节按钮，key1接按键，当按动key1频率值加1或者减1；key2接拨码开关，用来加减选择，当key2=1时为加，当key2=0时为减。sel_p[1..0]为频段选择信号，当sel_p[1..0]=00、01、10时，其频段分别为0HZ-1KHZ、1KHZ-10KHZ、10KHZ-1MHZ。