任意波形发生器设计
EDA课程设计--任意波形发生器
EDA课程设计--任意波形发生器EDA大作业学院：电子信息学院专业：通信专业102班姓名：许文博学号：41003030210EDA技术概述EDA是电子设计自动化（Electronic Design Automation）缩写，是90年代初从CAD（计算机辅助设计）、CAM（计算机辅助制造）、CAT（计算机辅助测试）和CAE（计算机辅助工程）的概念发展而来的。
EDA技术是以计算机为工具，根据硬件描述语言HDL（ Hardware Description language）完成的设计文件，自动地完成逻辑编译、化简、分割、综合及优化、布局布线、仿真以及对于特定目标芯片的适配编译和编程下载等工作。
典型的EDA工具中必须包含两个特殊的软件包，即综合器和适配器。
综合器的功能就是将设计者在EDA平台上完成的针对某个系统项目的HDL、原理图或状态图形描述，针对给定的硬件系统组件，进行编译、优化、转换和综合，最终获得我们欲实现功能的描述文件。
综合器在工作前，必须给定所要实现的硬件结构参数，它的功能就是将软件描述与给定的硬件结构用一定的方式联系起来。
也就是说，综合器是软件描述与硬件实现的一座桥梁。
综合过程就是将电路的高级语言描述转换低级的、可与目标器件FPGA/CPLD相映射的网表文件。
任意波形信号发生器的概述随着信息科技的发展，波形发生器在科技社会等多个领域发挥着越来越重要作用。
采用EDA技术利用MAX+PLUSII软件平台,设计的多功能波形发生器系统,大大简化其结构,降低成本,提高了系统的可靠性和灵活性。
设计中运用计数器，数据选择器，对所需的频率进行选择和同步。
使用宏功能模块存储波形。
然后多波形进行幅度的选择。
产生满足需要的不用频率和幅度的波形。
任意波形产生器构成：上图为任意波形发生器的构成图，sel为控制波形输出。
Kk为分频模块，与k步长调整波形输出的频率。
输出8位数字信号经过D/A转换输出负波形，再经过1：1比例反向放大器输出正向波形，施密特触发电路输出方波然后经测频模块由数码管显示出频率。
任意波形信号发生器
目录一、题目要求及分析 (1)1.1题目要求 (1)1.2题目分析 (1)二、任意波形信号发生器方案设计 (3)2.1系统设计框图与思路 (3)2.2 系统设计原理图 (5)2.3 相关芯片介绍 (6)三、相关模块具体程序实现 (10)四、仿真及实际结果与分析 (16)4.1波形选择及仿真结果 (16)4.2波形选择及实际结果 (18)4.3结果分析与相关问题解决 (23)五、总结与体会 (24)参考文献 (25)附录 (26)一、题目要求及分析1.1题目要求任意波形信号发生器利用FPGA器件产生控制信号及数据信号，经DAC0832和TL082转换产生以下波形：1)正斜率斜波；2)正弦波；3)锯齿波；4)任意波形。
用示波器观察输出波形。
硬件电路内容和要求：用DAC0832实现数模转换电路，用TLC082实现电流－电压转换电路，画出电路原理图。
软件设计内容和要求：VHDL编程实现任意波形的信号控制器。
要求可以用开关切换不同的波形数据输出。
扩展：增加衰减控制信号，通过开关控制衰减倍数，并在数码管显示。
1.2题目分析VHDL语言是随着集成电路系统化和高度集成化的发展而逐步发展起来的，是一种用于数字系统的设计和测试的硬件描述语言。
相比传统的电路系统的设计方法，VHDL 具有多层次描述系统硬件功能的能力，支持自顶向下和基于库的设计的特点，因此设计者可以不必了解硬件结构。
从系统设计入手，在顶层进行系统方框图的划分和结构设计，在方框图一级用VHDL对电路的行为进行描述，并进行仿真和纠错，然后在系统一级进行验证，最后再用逻辑综合优化工具生成具体的门级逻辑电路的网表，下载到具体的CPLD器件中去，从而实现可编程的专用集成电路（ASIC）的设计。
在本次课程设计中，函数发生器的设计采用自顶向下的系统设计的方法，通过MAX+plusⅡ开发环境进行编辑、综合、波形仿真，并下载到CPLD器件中，采用模块化的设计，对功能的修改和增加，只要修改VHDL源程序，而不必更改硬件电路。
任意波形发生器方案
任意波形发生器的设计方案12电信1 张晓航 1200301108 一，选择课题：电子测量仪器设计——任意波形发生器设计二，设计要求：能产生方波、三角波、正弦波、锯齿波信号。
主要技术指标：(1)输出频率范围100HZ~1KHZ、1~10KHZ(2)输出电压：方波UPP=6V，三角波UPP=6V，正弦波UPP>1V，锯齿波UPP=6V。
三，仪器仪表清单：1．直流稳压电源 1台 2．双踪示波器 2台3．运放741（LM324n）*3 4.二极管 1N4154*2 1N4680*25．电位器50K*2 1K*1 6．电容1μF 47nF *17．电阻 100k 10k 5k 3k 4k 96k若干 8．面包板 1块9．剪刀１把 10．仪器探头线 2根11．电源线若干四，设计考虑因素：信号发生器可以通过多种方法设计产生，但是考虑到如果使用芯片去完成可能所需要的成本比较高，但如果用单片机等则设计太复杂，还需要嵌入相应代码，有点大材小用，综合多方面的因素考虑该方案是可行性比较高，性价比比较高的一种方案，同时，能够让我对于一些专业基础知识有了更深的了解。
元器件可重复利用，符合现在可持续发展的绿色思想。
该电路具有结构、思路简单，运行时性能稳定且能较好的符合设计要求，对原器件要求不高，且成本低廉、调整方便.五，函数发生器的总方案：为进一步掌握电路的基本理论及实验调试技术，本课题采用由集成运算放大器与晶体管差分放大器共同组成的方波—三角波（锯齿波）—正弦波函数发生器的设计方法。
本课题中函数发生器电路组成框图如下所示：函数发生器电路组成框图由比较器和积分器组成方波—三角波产生电路，比较器输出的方波经积分器得到三角波，三角波到正弦波的变换电路主要由差分放大器来完成。
差分放大器具有工作点稳定，输入阻抗高，抗干扰能力较强等优点。
特别是作为直流放大器时，可以有效地抑制零点漂移，因此可将频率很低的三角波变换成正弦波。
波形变换的原理是利用差分放大器传输特性曲线的非线性。
任意波形发生器设计
任意波形发生器设计一、设计目标和需求分析在进行任意波形发生器设计之前，首先需要明确设计目标和需求。
根据实际应用需求，我们需要设计一种具有以下特点的任意波形发生器：1.多种波形形状：能够产生包括正弦波、方波、三角波、锯齿波等多种波形形状的输出信号。
2.高精度输出：能够提供稳定、精确的波形输出，满足对波形频率、幅度、相位等参数的要求。
3.宽频率范围：能够在较宽的频率范围内产生波形信号，适应不同应用场景的需求。
4.灵活性和操作便捷：具备灵活的参数调节和操作界面，方便用户配置所需波形信号。
二、电路设计和构成基于以上需求，我们可以采用数字/模拟混合电路来设计任意波形发生器。
整体电路结构包括信号发生器、波形调节电路、滤波器、放大器和输出接口等几大部分。
1.信号发生器：信号发生器是生成基本信号的核心部分。
可以采用数字逻辑电路，通过编程控制产生不同形状的基本波形，例如正弦波、方波、三角波、锯齿波等。
可以使用存储器来存储基本波形的采样点，并通过数字模拟转换器（DAC）将数字信号转换为模拟信号。
2.波形调节电路：波形调节电路用于调整波形的频率、幅度和相位等参数。
通过调整振荡电路中的电阻、电容或电感等元件，实现对基本波形的变换和调节。
可以设计多种电路模块来完成这一任务，例如可变电容二极管电路、可调电阻电路等。
3.滤波器：滤波器用于对产生的波形信号进行滤波处理，除去高频或低频的杂散分量，保留所需频率范围内的信号。
可以采用各种类型的滤波器电路，例如RC滤波器、有源滤波器或数字滤波器等。
4.放大器：放大器用于增强波形信号的幅度，确保输出的信号具备足够的驱动能力，可以驱动接收端电路。
可以采用运放等放大电路，根据需要选择合适的增益。
5.输出接口：输出接口用于将产生的波形信号输出给外部设备。
可以设计多种类型的输出接口，例如模拟输出接口（BNC接口）、数字输出接口（USB接口）等，方便用户接入不同类型的设备。
三、实现方法和关键技术在设计任意波形发生器时，需要考虑以下关键技术和实现方法：1.数字信号处理技术：通过数字信号处理技术，实现对基本波形的生成、存储和输出。
基于fpga的任意波形发生器的设计与实现
基于fpga的任意波形发生器的设计与实现
一、设计概述
本设计的主要目的是利用FPGA（可编程逻辑器件）来实现一个任意波形发生器，可以产生任意的波形，用于模拟信号的测试和测量。
本设计利用FPGA的自定义功能，根据用户输入的参数，设计一个可以产生任意波形的发生器，并将其实现在一个硬件系统中。
二、系统架构
本系统的架构主要由以下几个部分组成：
（1）输入模块：用户输入的参数由输入模块接收，并将其转换为FPGA可识别的数据格式。
（2）FPGA模块：FPGA模块将用户输入的参数转换为可以产生任意波形的算法，并将其实现在FPGA的芯片上。
（3）输出模块：输出模块将FPGA模块产生的波形输出到外部设备，以便进行测试和测量。
三、设计实现
（1）输入模块：输入模块负责接收用户输入的参数，包括波形类型、频率、相位等，并将其转换为FPGA可识别的数据格式。
（2）FPGA模块：FPGA模块负责将用户输入的参数转换为可以产生任意波形的算法，并将其实现在FPGA的芯片上。
（3）输出模块：输出模块负责将FPGA模块产生的波形输出到外部设备，以便进行测试和测量。
DDS任意波形发生器
基于DDS技术的任意波形发生器研究与设计1 DDS概述1．1 DDS基本原理直接数字合成技术(Direet Digital Synthesis，简称DDS)是建立在采样定理基础上，首先对需要产生的波形进行采样，将采样值数字化后存入存储器作为查找表，然后通过查表读取数据，再经D／A转换器转换为模拟量，将保存的波形重新合成出来。
DDS基本原理框图如图1所示。
由图l看出，除了滤波器(LPF)之外，DDS系统都是以数字集成电路实现，因此DDS 系统易于集成和小型化。
DDS系统的参考时钟源通常是一个具有高稳定性的晶体振荡器，整个系统的各个组成部分提供同步时钟。
频率字(FSW)实际上是相位增量值(二进制编码)，作为相位累加器的累加值。
相位累加器在每一个参考时钟脉冲输入时，累加一次频率字，其输出相应增加一个步长的相位增量。
由于相位累加器的输出连接在波形存储器(ROM)的地址线上，因此其输出的改变就相当于查表。
这样就可把存储在波形存储器内的波形抽样值(二进制编码)经查找表查出。
ROM的输出送到D／A转换器，经D／A转换器转换成模拟量输出。
1．2 DDS的基本参数及其计算在系统时钟脉冲的作用下，相位累加器不停累加，即不停查表，把波形数据送到D／A 转换器转换成模拟量输出，从而合成波形。
滤波器则进一步平滑D／A转换器输出的近似正弦波的锯齿阶梯波，同时衰减不必要的杂散信号。
设频率字(FSW)的值为d，系统时钟频率为f，相位累加器的字长为N，则系统的输出频率为：2 任意波形发生器的设计方案基于DDS技术的任意波形发生器主要由微处理器控制模块、键盘与显示模块、DDS通道的FPGA实现模块、D／A转换模块以及滤波器模块组成。
同时片外扩展了4 KB程序存储器SRAM和6 KB数据存储器ROM，分别用于存储波形抽样数据和3种标准输出波形抽样数据。
本系统设计原理如图2所示。
2．1 微处理器控制模块采用AT89C5l单片机完成数据处理和控制其他电路工作。
DDS技术的任意波形发生器的设计
1.设计思路在测量、自动控制、通信和遥控等许多技术领域都要用到各种各样的波形信号，这些不同的波形信号是由波形发生器产生的。
任意波形发生器的设计通常分为基于传统的设计方法和基于直接数字频率合成的设计方法两种。
传统的任意波形发生器采用可变时钟和计数器寻址波形存储器表，其取样时频率较高，对硬件的要求也较高，而且常需多级分频或采用高性能的锁相环，其中分频式的任意波形发生器频率分辨率低，锁相式的任意波形发生器频率切换速度慢。
而基于dds技术的任意波形发生器不仅能实现高稳定度、高精度、高分辨率的要求，还具有体积小、价格便宜的特点，是一种很有发展前途的信号源。
直接数字频率合成技术是根据奈奎斯特采样定律，从连续信号的相位出发将一个正弦信号取样、量化、编码，形成一个正弦函数表，存于RAM 中；合成时，通过改变相位累加器的频率控制字来改变相位增量。
相位增量不同，一个周期内的取样点数不同。
因角频率，在取样频率不变的情况下，通过改变相位累加器的频率控制字，将这种变化的相位／幅值量化的数字信号通过1／0转换及低通滤波器即可得到合成的相位变化的模拟信号频率。
相位累加器的结构如图2所示，由N位字长的二进制加法器与一个时钟取样所得的N位二进制相位累加寄存器级联构成，加法器的一个出入端与相位寄存器的输出端相连，另一个输入端是外部的频率控制字K。
每来一个时钟脉冲，加法器将频率控制数据与累加寄存器输出的累加相位数据相加，把相加后的结果送至累加寄存器的数据输入端。
累加寄存器将加法器在上一个时钟作用后所产生的新相位数据反馈到加法器的输入端，以使加法器在下一个时钟的作用下继续与频率控制数据相加。
这样，相位累加器在参考时钟的作用下，进行线性相位累加，当相位累加器加满时就会产生一个溢出，完成一个周期性的动作，这个周期就是DDS合成信号的一个频率周期，累加器的溢出频率就是DDS输出信号频率。
2.技术指标本设计要求的波形发生器可产生正弦波、方波、三角波以及便于产生频率可变而且具有高分辨率的波形。
任意波形发生器设计报告.
2008级计算机科学与技术专业微机接口课程设计报告2010-2011学年第一学期项目名称：任意波形发生器姓名：_ 学号：成绩：姓名：学号：成绩：指导教师：一、设计：1、设计说明：利用实验仪上的数模转换器DAC0832，将程序中的一组波形的数据转换为电压的变化曲线，并用示波器测量模数转换器的输出端,观察生成的波形2、设计目标：设计一个简易波形发生器，要求该系统能通过开关或按钮有选择性的输出正弦波、三角波、方波、及阶梯波等四种波形，并且这四种波形的频率均可通过输入电位器在一定范围内调节3、实验电路图：4、设计内容： （1）主程序（2）子程序：方波程序、正弦波程序、锯齿波、三角波、键盘扫描与处理 各模块的流程图如下：A 、 主程序和键盘扫描流程：B 、 三角波、方波、正弦波、锯齿波解析如下：三角波的产生较为简单，因为它的上升沿遵循数据加1的规律。
下降沿则按数据减1的规律产生。
所以在波形的上升沿只要判断上一次的数据是否为最大值FFH ，如果不是最大值，将原数据加1输出；而在波形的下降沿只要判断上一次数据是否为0，如果不是0，则将原数据减1即可 方波只有两个值，可以采用两个极端值0和FFH正弦波使用查表法产生查表法是事先将正弦波的数据计算出来，列表放在程序中，运行时直接调取数据锯齿波与三角波类似，只是下降时直接降至0即可。
各流程图如下：延时N主程序处理流程 键盘扫描流程二、程序模块代码： .model small .stack;***********定义8255有关参数****************** addrA EQU 200h addrB EQU 201h addrC EQU 202h CTRL EQU 203h addrDA EQU 208h;*******************定义8279有关的参数*******************方波流程三角波流程锯齿波流程Z8279 EQU 212H ; 8279的控制口地址D8279 EQU 210H ; 8279的数据口地址LEDMOD EQU 00 ;左边输入,八位显示外部译码八位显示（8279的控制字）LEDFEQ EQU 38H ;8279 扫描频率;*************以上参数写在主程序开头*****************.codestart:mov al,90h ;方式0，A口输入，B、C口输出mov dx,CTRLout dx,almov ax,csmov ds,axcall CSH8279 ;调用子程序CSH8279call SMXS ;调用子程序SMXSs:call KeyPress;调用子程序keyscanmov di,offset KeyNummov si,offset XSDATAmov al,[di] ;波形号mov [si+6],almov al,[di+1] ;暂存值mov [si],almov al,[di+2] ;幅度mov [si+3],alcall SMXSmov di,offset KeyNummov al,[di]cmp al,1jne C1call A1 ;跳转到方波jmp s ;无条件跳转sC1:cmp al,2jne C2call A2 ;跳转到锯齿波jmp sC2:cmp al,3jne C3call A3 ;跳转到三角波jmp sC3:cmp al,4jne C4call A4 ;跳转到正弦波C4:jmp smov ah,4chint 21hKeyNum DB 0,0,0 ;波形参数,第一个为波形号，第二个为暂存值,第三个为幅度参数DMBIAO DB 3FH,06H,5BH,4FH,66H,6DH,7DH,07H,7FH,6FH,77H,7CH,39H DB 5EH,79H,71H,00h ;段码表，1亮，0灭，可以根据需要再设计显示字符;段中已有的显示字符是0--F和全灭。
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任意波形发生器设计
一、设计功能
本仪器功能主要包括四类基本函数信号一——正弦波、方波、三角波、锯齿波的输出和通过函数输出产生任意波形。
通过对幅值、偏移量、占空比、频率、相位、采样率和采样数的调节，使得各个波形图显示波形。
二、设计步骤
1、在前面板中进行编写
1）、在控件选板的Express中选择图形显示控件，打开后选择波形图，左键选取后，移到前面板上，移出五个波形图后，对其进行属性修改，修改成如前面板所示。
2）、在Express中选择数值输入控件，打开并选取五个，进行属性修改，在新式中打开数组、矩阵和簇控件选择簇，移到前面板后，在移入两个数值输入控件，然后进行属性修改。
3）、完成此步后，在Express中打开文本输入控件后，选取字符串输入控件，然后移到相应位置并进行属性修改。
4）、接下来在Express中再打开按钮与开关选取五个滑动开关和一个停止开关，移到前面板后，进行相应属性修改。
2、在程序框图中进行编写
1）、首先在函数选板中选择编程控件，打开结构控件，选择While循环和条件结构控件，移到程序框图的相应位置，然后将所有的控件移到While循环当中，然后再Express中的数据操作里选
取四个继电器，移到相应位置。
2）、接下来连接线路，先把所有的控件移到相应位置，之后打开工具选板，点击“进行连线”的标志进行相应连线，连接好线路后，先保存一下，之后运行程序，检查程序是否运行成功，如果不成功，中止运行，然后再仔细检查线路，直到程序运行成功为止。
3、检查无误后，开始进行正弦波、方波、锯齿波、三角波以及任意波形的调试，并观察每个波形在改变偏移量、占空比和相位等条件时波形的变化。
4、完成所有的波形调试后，将相应的波形进行截图，附在报告中。
5、完成后，写出自己的心得体会。
三、设计结果
1、前面板显示：
2、部分程序显示：
3各波形调节显示：
1）、正弦波的显示：
①、不加偏移量、幅值和相位时的截图如图1所示：
图1
②、加入后如图2所示：
图2
③、改变采样信息和频率后的波形如图3所示：
图3
2）、方波显示：
①、不加入占空比时如图4所示：
图4
②加入占空比等参数的波形如图5所示：
图5
③调节相位以及采样信息后的波形如图6所示：
图6
3）、锯齿波显示：
对采样信息以及幅值等参数进行修改，显示的波形如图7所示：
图7
4）、三角波显示：
对相应参数进行修改，波形显示如图8所示：
图8
5）、任意波显示：
在自定义函数框中输入相应公式，波形显示如图9所示：
图9
6）、进行参数设置后，将所有的重置开关闭合，波形显示如图10所示：
四、设计总结：。