基于FPGA的信号发生器的开题报告

燕山大学

本科毕业设计（论文）开题报告

课题名称：基于FPGA的函数信号发生器

学院（系）：里仁学院

年级专业：12级电子信息工程

学生姓名：侯晓闻

指导教师：肖丽萍

完成日期：2016年3月21日

一、综述本课题国内外研究动态，说明选题的依据和意义

随着现在工业和技术的不断提高，传统的分立元件式模拟信号发生器频率稳定性低、可靠性差，已经不能满足实际应用的需要，所以就必须有频率稳定性、精确度更高的信号发生器解决这个问题。为了避免传统通信信号发生器的信号发生技术带来的诸多不便，同时随着数字信号处理和集成电路技术的发展，为了迎合大部分普通用户以及适应市场需求，绝大多数的数字频率集成芯片只能产生传统正弦波、矩形波、三角波等常用周期波形。在传统的模拟调制系统实现中，大多数是采用模拟乘法器加滤波器的方法来实现，这样就造成了精度低、可控性差、抗干扰能力弱的特点。虽然，现有的一些主流上用数字频率合成也提供某些模拟调制的功能，但是，这种专用数字频率合成芯片把所有功能集中在一块芯片上，必然导致可控性不够灵活，而且性能会受到影响，这是如果能充分利用现场可编程门阵列（FPGA）的可重复编程性、资源的丰富性以及高速等性能，除了能产生专用数字频率合成芯片所具备的单品连续波、非连续波、各种形式的线性调频信号以外，还可以轻松实现各种复杂的非线性调频信号、模拟调制信号这些灵活性能和现场可编程时数字频率合成芯片所不能达到的。进而说现场可编程门阵列器件的高速、高可靠性和现场可编程等优点，已开始广泛应用与数字电路设计、微处理器系统、数字信号处理、通信及等不同的科技领域。因此利用可编程门阵列其设计信号发生器具有相当高的优越性和非常广阔的应用前景。

FPGA函数信号发生器用直接数字频率合成技术，使之具有以下特点：1频率切换速度快；2输出相位噪声低；3可以产生任意波形；4全数字化实现，便于集成，体积小，重量轻；5灵活的接口和控制方式6比专用芯片功耗也低。

基于FPGA的函数信号发生器是实现正弦波、三角波、矩形波的生成、步进调制并且在液晶显示屏上实时显示频率值、波形类型、输出电压有效值的系统。通过本设计可以加强自己VHDL语言、分频器、相位累加器、DA转换、低通滤波器等许多知识的认识和独立解决问题的能力。设计的现实意义在于其具有频率转换快、分辨率高、频率合成范围宽、相位噪声低的优点，可以更广泛的应用与电子技术试验、医疗、自动控制系统以及其它许多领域。

而且随着我国经济和科技的发展，对相应的测试仪器和测试手段提出了更高的要求，而波形发生器已成为测试仪器中至关重要的一类，因此开发波形发生器具有很大的意义.

FPGA的发展趋势：越来越多的系统厂商选用FPGA来实现最终产品，或为大型ASIC和SOC设计做初期的原型设计。在FPGA上可以用与ASIC相当的速度验证和调试产品的功能，可节约数月的时间并且避免了重新掩膜的风险。

二、研究的基本内容，拟解决的主要问题

本课题研究的基本内容：

（1）查阅资料了解比较现有信号发生器的功能、种类、性能及工作原理。（2）了解FPGA技术的特点及应用领域，学习掌握FPGA开发工具及设计流程。

（3）学习掌握VHDL语言。

（4）设计基于FPGA的信号发生器，给出总体设计框图，设计硬件电路并编写软件；用Modelsim进行仿真测试，给出仿真结果。

（5）搭建电路产生指定的信号

拟解决的主要问题：

（1）信号发生器输出的各种性能指标:选择波形、输出电压、输出电流、通过按键实现增减幅度、频率控制模块。

（2） DA滤波器的有源滤波器的选择。

三、研究步骤、方法及措施

研究步骤流程如图1

图1

信号发生器的系统成如图2

FPGA 部分

图2 信号发生器系统组成

研究方法:

本课题软件部分采用方案是采用VHDL语言来编程，然后下载文件到FPGA来实现。相比较要求滤波器要求通带可变，实现很难，高低频率比不可能做的很高的振荡器频率合成方案，利用VHDL语言来编程，然后下载文件到FPGA来实现更快速便捷。VHDL语言是电子设计领域的主流硬件描述语言，具有很强的电路描述和建模能力，能从多个层次对数字系统进行建模和描述，从而大大降低了硬件设计任务，提高了设计效率和可靠性，要比模拟电路快得多。利用FPGA具有静态可重复编程和动态在系统重构的特性，使得硬件的功能可以像软件一样通过编程来修改，极大地提高了电子系统设计的灵活性和通用性，而且大大缩短了系统的开发周期。

本硬件电路使用DA电路与滤波电路组成，采用DAC0832作为为输出DA 电路，并采用直通通方式，以得到最大的转换速度。

四、研究工作进度

第1—4周

了解信号发生器发展现状；熟悉FPGA；给出采用FPGA实现信号发生器的总体方案，完成开题报告。

第5—8周

设计信号发生器硬件实现方案，编写软件仿真。

第9—12周

编写软件仿真；搭建硬件电路，完成中期考核报告。

第13—16周

搭建硬件电路，调试。

第17—18周

撰写毕业设计论文，参加结题答辩。

五、主要参考文献

[1]罗苑棠.CPLD/FPGA常用模块与综合系统设计实例精讲[C].北京：电子工

业出版社，2007.

[2]张春生，苏开友.FPGA数字信号处理与工程应用实践[F].北京：中国铁

道出版社，2013.

[3]黄智伟.FPGA系统设计与实践[F],北京：电子工业出版社，2005.

[4]郝小江，罗彪.基于FPGA的函数信号发生器[J].电测与仪

表.2008,(5):49-51.

[5]林金阳.基于FPGA的智能函数发生器的设计[J].西安文理学院学报，

2010，（3）：43-47.

[6]M.S.高西，K.R.莱克.现代滤波器设计[J].北京：科学出版社，1989

[7]阎石.数字电子技术基础[M].北京.高等教育出版社，2006.

[8]张严.基于FPGA的任意波形发生器的研究与设计[D].广州：华南师范大

学电路与系统专业，2008.

[9]黄振华.基于FPGA函数信号发生器的设计与实现[D].南京：江苏大学控

制理论与控制工程专业，2009.

[10]徐金龙.刘宇红.刘桥.基于DDS原理的任意波形信号发生器的设计

[J].现代机械.2006（4）：74-76.

[11]唐亚平.基于FPGA与DSP的等精度数字频率计设计[J].微计算机信

息.2007.1-2:249-250.

[12]翁木云.FPGA设计与应用[M].西安：西安电子科技大学出版社，2003.

[13]黄小翰.基于FPGA的多功能波形发生器的设计[J].价值工程，2010

（9）：232-233.

[14]陈楠.FPGA在DDS技术中的应用[J].广西轻工业，2011（7）：61-62.

[15]赵洪华.基于DDS技术的数字频率信号发生器的设计[J].客机创新导

报，2010（24）：96-97.

六、指导教师意见

指导教师签字：

年月日

七、系级教学单位审核意见：

审查结果：□通过□完善后通过□未通过

负责人签字：

年月日