正弦信号发生器设计报告
正弦信号发生器的设计实验报告(2013070619)
正弦信号发生器的设计
一、实验目的
1、进一步熟悉QuartusII软件的使用，掌握可编程器件的开发设计的过程。
2、掌握QuartusII中国宏模块的使用方法，重点是LMP_ROM与FPGA硬件资源的使用方法。
3、进一步熟悉GW48-PK2 EDA实验系统。
二、实验内容
采用图形输入方法完成以下正弦信号发生器的设计。
其中6为二进制加法计数器采用兆功能库的arithmetic中的lpm_counter来实现。
ROM元件采用storage中的lpm_rom实现。
ROM数据表中的正弦信号为64字节。
操作如下：
1、新建工程文件，取名为SIN。
2、创建初始化文件，为SIN.mif。
3、建立LPM_ROM.
4、建立LPM_COUNTER文件
5、绘制电路图及编译
6、仿真波形的建立与存盘
7、仿真波形前的检查、仿真，检查结果
8、波形仿真前的检查，进行仿真，检查结果。
9、绑定管脚，进行仿真
10、下载程序，在实验箱上验证结果。
11、重复前面的步骤，设计多波形的信号发生器。
（老师对不起，由于我实验的照片找不到了，就借用了同学的多波形的图片。
）。
基于DSP设计正弦信号发生器
基于DSP设计正弦信号发生器一．设计目的设计一个基于DSP的正弦信号发生器二．设计内容利用基于CCS开发环境中的C54X汇编语言来实现正弦信号发生装置。
三．设计原理一般情况，产生正弦波的方法有两种：查表法和泰勒级数展开法。
查表法是使用比较普遍的方法，优点是处理速度快，调频调相容易，精度高，但需要的存储器容量很大。
泰勒级数展开法需要的存储单元少，具有稳定性好，算法简单，易于编程等优点，而且展开的级数越多，失真度就越小。
本文采用了泰勒级数展开法。
一个角度为θ的正弦和余弦函数，可以展开成泰勒级数，取其前5项进行近似得：式中：x为θ的弧度值，x=2πf／fs(fs是采样频率；f是所要发生的信号频率。
正弦波的波形可以看作由无数点组成，这些点与x轴的每一个角度值相对应，可以利用DSP处理器处理大量重复计算的优势来计算x轴每一点对应的y的值(在x轴取N个点进行逼近)。
整个系统软件由主程序和基于泰勒展开法的SIN子程序组成，相应的软件流程图如图。
三．总体方案设计本设计采用TMS320C54X系列的DSP作为正弦信号发生器的核心控制芯片。
通过计算一个角度的正弦值和余弦值程序可实现正弦波，其步骤如下：1.利用sinx和cosx子程序，计算0°~45°（间隔为0.5°）的正弦和余弦值2.利用sin（2x)=2sin(x)cos(x)公式，计算0°~90°的正弦值（间隔为1°）3.通过复制，获得0°~359°的正弦值4.将0°~359°的正弦值重复从PA口输出，便可得到正弦波四．软件操作DSP 集成开发环境 CCS是 Code Composer Studio 的缩写，即代码设计工作室。
它是 TI 公司推出的集成可视化 DSP 软件开发工具。
DSP CCS 内部集成了以下软件工具：◆ DSP 代码产生工具（包括 DSP 的 C 编译器、汇编优化器、汇编器和链接器）◆ CCS 集成开发环境（包括编辑、建立和调试 DSP 目标程序）◆ 实时基础软件 DSP/BIOS （必须具有硬件开发板）◆ RTDX、主机接口和 API（必须具有硬件开发板）在 CCS 下，用户可以对软件进行编辑、编译、调试、代码性能测试（profile）和项目管理等工作。
EDA正弦波信号发生器的设计
利用LPM 设计正弦信号发生器一、设计目的：进一步熟悉maxplu sII 及其LPM 设计的运用。
二、设计要求：1、利用原理图输入方式。
2、信号数据点值自行想法实现。
3、得出正确时序仿真文件。
三、设计原理：图1 正弦信号发生器结构框图图1所示的正弦波信号发生器的结构由三部分组成计数器或地址发生器（这里选择8位），正弦信号数据ROM （8位地址线，8位数据线），含有256个8位数据（一个周期）。
四、VHDL 顶层设计。
设计步骤：1、建立.mif 格式文件建立C 语言文件sin.cpp ，运行产生sin.exe 文件。
sin.cpp 程序代码：#include <iostream>#include <cmath>#include <iomanip>using namespace std;int main(){int i;float s;VHDL 顶层设计sin.vhd8位计数器 （地址发生器） 正弦波数据 存储ROM 产生波形数据cout<<"WIDTH=8;\nDEPTH=256;\n\nADDRESS_RADIX=HEX;\nDA TA_R ADIX=HEX;\n\nCONTENT\nBEGIN\n";for(i=0;i<256;i++){s=sin(atan(1)*8*i/256);cout<<" "<<i<<" : "<<setbase(16)<<(int)((s+1)*255/2)<<";"<<endl;}cout<<"END"<<endl;return 0;}把上述程序编译后，在DOS命令行下执行命令：sin.exe > sin.mif;将生成的sin.mif 文件。
vhdl语言正弦波信号发生器设计
AS正弦波信号发生器设计一、实验内容1.设计一正弦信号发生器，采用ROM进行一个周期数据存储，并通过地址发生器产生正弦信号。
（ROM：6位地址8位数据；要求使用两种方法：VHDL编程和LPM）2.正弦信号六位地址数据128，140，153，165，177，188，199，209，219，227，235，241，246，250，253，255，255，254，252，248，244，238，231,223，214，204，194，183，171，159，147，134，121，109,96,84,72,61,51,41,32,24，17,11,7, 3，1，0，0，2，5,9，1420,28,36,46,56,67,78,90,102,115,127。
二、实验原理正弦波信号发生器是由地址发生器和正弦波数据存储器ROM两块构成，输入为时钟脉冲，输出为8位二进制。
1．地址发生器的原理地址发生器实质上就是计数器，ROM的地址是6位数据，相当于64位循环计数器。
2.只读存储器ROM的设计(1)、VHDL编程的实现①基本原理：为每一个存储单元编写一个地址，只有地址指定的存储单元才能与公共的I/O相连，然后进行存储数据的读写操作。
②逻辑功能：地址信号的选择下，从指定存储单元中读取相应数据。
(2)、基于LPM宏功能模块的存储器的设计①LPM：Library of Parameterized Modules，可参数化的宏功能模块库。
②Quartus II提供了丰富的LPM库，这些LPM函数均基于Altera器件的结构做了优化处理。
③在实际的工程中，设计者可以根据实际电路的设计需要，选择LPM库中适当的模块，并为其设置参数，以满足设计的要求，从而在设计中十分方便的调用优秀的电子工程技术人员的硬件设计成果。
三、设计方案1.基于VHDL编程的设计在地址信号的选择下，从指定存储单元中读取相应数据系统框图如下:2.基于LPM宏功能模块的设计LPM宏功能具有丰富的由优秀的电子工程技术人员设计的硬件源代码可供调用，我们只需要调用其设计的模块并为其设计必要的参数即可。
EDA实验-正弦波信号发生器设计
实验八正弦信号发生器的设计一、实验目的1、学习用VHDL设计波形发生器和扫频信号发生器。
2、掌握FPGA对D/A的接口和控制技术,学会LPM_ROM在波形发生器设计中的实用方法。
二、实验仪器PC机、EDA实验箱一台Quartus II 6.0软件三、实验原理如实验图所示，完整的波形发生器由4部分组成：• FPGA中的波形发生器控制电路,它通过外来控制信号和高速时钟信号，向波形数据ROM 发出地址信号，输出波形的频率由发出的地址信号的速度决定；当以固定频率扫描输出地址时，模拟输出波形是固定频率,而当以周期性时变方式扫描输出地址时,则模拟输出波形为扫频信号。
•波形数据ROM中存有发生器的波形数据,如正弦波或三角波数据。
当接受来自FPGA的地址信号后，将从数据线输出相应的波形数据，地址变化得越快,则输出数据的速度越快，从而使D/A输出的模拟信号的变化速度越快。
波形数据ROM可以由多种方式实现，如在FPGA外面外接普通ROM;由逻辑方式在FPGA中实现（如例6）；或由FPGA中的EAB模块担当,如利用LPM_ROM实现。
相比之下，第1种方式的容量最大，但速度最慢；，第2种方式容量最小，但速度最最快;第3种方式则兼顾了两方面的因素；• D/A转换器负责将ROM输出的数据转换成模拟信号，经滤波电路后输出。
输出波形的频率上限与D/A器件的转换速度有重要关系,本例采用DAC0832器件。
DAC0832是8位D/A转换器,转换周期为1µs,其引脚信号以及与FPGA目标器件典型的接口方式如附图2—7所示。
其参考电压与＋5V工作电压相接（实用电路应接精密基准电压）.DAC0832的引脚功能简述如下：•ILE(PIN 19）：数据锁存允许信号,高电平有效，系统板上已直接连在＋5V上。
•WR1、WR2(PIN 2、18）：写信号1、2，低电平有效。
•XFER（PIN 17)：数据传送控制信号,低电平有效。
•VREF(PIN 8）:基准电压，可正可负,－10V～＋10V.•RFB(PIN 9)：反馈电阻端。
正弦波信号发生器实验报告
正弦波信号发生器实验报告
实验名称：正弦波信号发生器实验
实验目的：了解正弦波的基本属性，掌握正弦波信号的发生方法，对正弦波信号进行基本的测量和分析。
实验器材：函数发生器、示波器、万用表。
实验原理：正弦波（Sine Wave）是最常见的一种周期波形，其特点是正弦曲线的波形，具有完全的周期性和对称性。
在电路和信号处理系统中，正弦波信号非常常见，在很多实际应用中具有重要的作用。
函数发生器是一种能够产生各种各样波形的仪器，包括正弦波、方波、三角波等等。
而在产生正弦波信号的过程中，函数发生器利用一个内部的振荡器电路来产生振荡信号，再将其经过信号调制映射到正弦波的形式。
实验步骤：
1.将函数发生器的输出端口连接到示波器的输入端口，并将函数发生器的频率设定在1kHz左右。
2.打开示波器，选择一个适合的纵向和横向刻度，并将其垂直和水平方向校准至
合适位置，以显示正弦波的波形。
3.选择函数发生器的正弦波输出模式，调整幅度与频率，以获得所需的正弦波信号，可使用万用表对其进行精确测量。
实验结果：经过实验，我们成功产生了一路1kHz左右的正弦波信号，并使用示波器和万用表进行了基本的测量和分析，包括正弦波的频率、幅度、相位等基本特性。
实验结论：通过本次实验，我们深入了解了正弦波的特性及用途，掌握了正弦波信号发生器的基本使用方法，熟悉了正弦波信号的测量和分析方法，并在实践中获得了相应的实验数据。
这些知识和经验对我们今后的学习和工作将有非常重要的作用。
正弦信号发生器实验报告
正弦信号发生器实验报告正弦信号发生器实验报告一、引言正弦信号发生器是电子实验室中常见的一种仪器，用于产生稳定的正弦信号。
它在各种电子设备测试和实验中起着重要的作用。
本实验旨在探究正弦信号发生器的原理和性能，并通过实际操作来验证其功能。
二、实验目的1. 理解正弦信号的特性和应用；2. 掌握正弦信号发生器的基本原理和结构；3. 学习使用正弦信号发生器进行实际测试。
三、实验原理正弦信号是一种周期性的交流信号，具有连续变化的幅度和相位。
正弦信号发生器的基本原理是通过振荡电路产生稳定的正弦波形。
振荡电路通常由放大器、反馈网络和滤波电路组成。
其中，放大器负责提供足够的增益，反馈网络则确保振荡电路的稳定性，滤波电路则用于滤除其他频率成分。
四、实验器材和材料1. 正弦信号发生器2. 示波器3. 电阻、电容等元件4. 连接线等五、实验步骤1. 将正弦信号发生器与示波器连接，使用示波器观察输出的信号波形；2. 调节正弦信号发生器的频率和幅度，观察波形的变化；3. 使用示波器测量输出信号的频率和幅度，并记录数据；4. 更换不同数值的电阻和电容，观察对信号波形的影响；5. 分析实验结果，总结正弦信号发生器的性能和特点。
六、实验结果与分析通过实验观察和测量，我们得到了一系列关于正弦信号发生器的数据。
首先，我们发现随着频率的增加，正弦信号的周期变短，波形变得更加紧凑。
而幅度的调节则使得波形的振幅增大或减小。
这表明正弦信号发生器能够根据用户的需求产生不同频率和幅度的信号。
此外，我们还发现在改变电阻和电容数值时，信号波形也会发生变化。
较大的电阻和电容会导致信号的衰减，而较小的电阻和电容则会使信号更加稳定。
因此，在实际应用中，我们需要根据具体情况选择适当的电阻和电容数值，以获得所需的信号特性。
七、实验总结本实验通过对正弦信号发生器的实际操作和观察，我们深入了解了正弦信号的特性和应用。
我们学习到了正弦信号发生器的基本原理和结构，并通过实验验证了其功能和性能。
正弦信号发生器实验报告
正弦信号发生器实验报告
《正弦信号发生器实验报告》
实验目的：
本实验旨在通过搭建正弦信号发生器，探究正弦波的特性以及其在电子电路中的应用。
实验材料：
1. 电压源
2. 电阻
3. 电容
4. 二极管
5. 信号发生器
6. 示波器
实验步骤：
1. 按照电路图搭建正弦信号发生器电路。
2. 调节电压源的输出电压，使其为所需的正弦波幅值。
3. 使用示波器观察输出波形，并调节电路参数，如电阻、电容的数值，以获得理想的正弦波形。
4. 测量并记录输出波形的频率、幅值等参数。
实验结果：
经过调节电路参数，成功搭建了正弦信号发生器。
通过示波器观察到了理想的正弦波形，并测量了其频率、幅值等参数。
实验结果表明，通过合理设计电路参数，可以得到稳定、准确的正弦波信号。
实验分析：
正弦信号是电子电路中常见的信号波形，具有周期性、稳定性好的特点，因此
在通信、音频处理等领域有着广泛的应用。
通过本实验，我们深入了解了正弦
波的产生原理，掌握了调节电路参数以获得理想波形的方法。
实验结论：
通过搭建正弦信号发生器，我们成功地产生了稳定的正弦波信号，并对其进行
了观察和测量。
这为我们进一步理解正弦波的特性以及其在电子电路中的应用
奠定了基础。
总结：
本实验通过实际操作，加深了对正弦信号发生器的理解，提高了实验操作能力，为今后的电子电路实验打下了良好的基础。
同时，也为我们将来在工程领域的
实际应用提供了宝贵的经验。
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正弦信号发生器设计报告
作者：王贞炎、石磊、齐欣乐
赛前辅导及文稿整理辅导教师：肖看
摘要
本系统由FPGA、单片机控制模块、键盘、LCD液晶显示屏、DAC输出电路和末级放大电路构成。
仅用单片FPGA就实现了直接数字频率合成技术（DDS），产生稳幅正弦波，并在数字域实现了AM、FM、ASK、PSK等四类调制信号。
调制信号既可由用户输入参数由FPGA内部生成，也可以从外部输入。
整个系统结构紧凑，电路简单，功能强大，可扩展性强。
Abstract
This system is composed by FPGA, MCU controller, keyboard, LCD, DAC and amplifier modules. The DDS, Direct Digital Synthesizer, which is implemented by a unique FPGA IC, can provide the stable sine signal with digital AM, FM, ASK, PSK modulation. The modulation signal can be provided NOT only by FPGA, which will receive parameters from user, but also from external input. This system features in compact module, simple circuit, powerful functions and flexible expansion.
一、方案论证与比较
根据题目要求，基本部分需要实现正弦波信号发生，而发挥部分主要需要实现信号调制。
1. 正弦信号输出方案
方案一：
采用专用信号发生器。
MAX038是美信公司的低失真单片信号发生器集成电路，内部电路完善。
使用该芯片，设计简单，可以生成同一频率信号的各种波形信号，但频率精确度和稳定度都难以达到要求。
方案二：
采用直接数字合成（Direct Digital Synthesizer）方案。
DDS 的原理框图如图1-1所示。
（详细原理在此不再赘述）。
图1-1 DDS原理框图
DDS技术频率分辨率高、转换速度快、信号纯度高、相位可控、输出信号无电流脉冲叠加、输出可平稳过渡且相位可保持连续变化。
方案论证
从题目要求来看，上述两种方案都可以满足题目合成频率范围的要求，但信
号发生器产生的频率稳定度、精确度都不如DDS合成的频率；另一方面，DDS 较信号发生器更容易精确控制，所以我们选择DDS方案进行频率合成。
2. 信号调制方案
方案一：
采用AD公司的DDS专用芯片AD9851合成FM和AM的载波，采用传统的模拟调制方式来实现AM和FM调制。
但这种方案的缺点是需要额外的模拟调制FM和AM调制的电路，且模拟调制电路难免引入一定的干扰，而且此方案中PSK的调制也不好实现。
方案二：
采用AD9851合成FM和AM的载波，将FM调制信号离散化形成数字信号，使FM调制的频率偏移通过改变AD9851的频率字来实现。
这种设计方案减少了FM调制过程中引入的干扰，也大大简化了FM调制电路的设计。
但是AM调制还是需要模拟乘法器，而PSK的调制也需要额外的电路。
方案三：
采用AD公司的AD9856作为调制芯片。
AD9856是内含DDS的正交调制芯片，可以实现多进制的数字幅度调制，多进制的数字相位调制和和多进制的数字幅度相位联合调制。
AM，PSK和ASK调制都可以通过它实现。
但是AD9856不便于调频，且控制复杂。
方案四：
采用FPGA＋DAC来实现DDS。
这样通过FPGA在数字域实现频率合成然后通过DAC形成信号波形。
由于信号都是由FPGA在数字域进行处理，可以很方便的将FM和AM等调制在数字域实现。
所有调制电路的功能都由FPGA片内的数字逻辑电路来实现，整个系统的电路设计大为简化，同时由于数字调制避免了模拟调制带来的误差和干扰，大大提高了调制的性能，而且硬件电路设计的软件化，使得电路设计的升级改进工作大为简化。
但是此方案由于受到FPGA接口速度和DAC转换速度的约束，载频只能做到15M左右。
上述方案中，方案四的电路最为精简，调制性能也最好。
虽然载频只能做到15M，但是已经达到了本题发挥部分的指标要求，所以选择方案四来实现信号的调制。
二、总体设计
1. 总体设计
（1）系统框图如图2-1
图2-1 总体设计框图
（2）单片机小系统
单片机小系统由键盘，LCD显示屏，和凌阳单片机SPEC061A构成。
负责用户的交互和整个系统的控制。
（3）DDS及调制电路模块
DDS及调制电路模块由FPGA和DAC构成。
FPGA负责在数字域实现正弦波（载频）的合成、FM和AM调制信号（经过离散化的）的合成产生ASK和PSK的调制信号并完成ASK、PSK的调制和FM、AM调制，然后控制DAC输出波形。
（4）滤波及放大电路
滤波电路是采用美信的高速运放MAX4108设计的一个有源二阶低通滤波器，用以去除DDS合成信号固有的高次谐波成分，同时有2倍放大器的功能。
信号放大电路采用AD公司的高速运放AD811，使输出信号的幅度能达到发挥部分的要求（V opp在5V～7V之间）。
（5）电源设计
高速DAC对模拟数字地之间的串扰十分敏感。
模拟数字地之间的串扰对DAC输出信号的波形影响很大。
故本系统采用一个线性电源对模拟电路供电，采用一个开关电源对数字电路供电，模拟地和数字地之间通过一个磁珠相连。
这种设计实现了模拟数字电路尽可能大的隔离。
实践证明，数字部分和模拟部分独立供电对信号质量有很大的改善作用。
2. 理论分析与参数设计
（1）载频参数计算
本题要求：输出频率范围是1KHz～10MHz，频率步进是100Hz，频率稳定度优于10-4，信号波形无明显失真。
要求DDS合成的信号波形无明显失真，那么一般要求一个信号周期内要插值16个点，而合成频率最高要求为10M，那么需要的FPGA和DAC接口数据传送率为：
10M ×16 ＝160 MWord/S
这种数据传输率有一定风险，由于高速信号的不完整性，可能导致DAC数。