1、EDA 课程设计 -正弦波信号发生器的设计 正弦信号源在实验室和电子工程设计中有着十分重要的作用，而传统的正弦信号源根据 实际需要一般价格昂贵，低频输出时性能不好且不便于自动调节，工程实用性较差。本文的 设计以较低的成本制作正弦信号发生器， 可用作核磁共振中引发磁场测量仪的激励一般的正 弦信号，也可作为调制用的教学演示信号源。 正弦波信号发生器采用直接数字频率合成 DDS 技术，在 CPLD 上实现正弦信号查找表 和地址扫描，经 DA 输出可得到正弦信号。 一一设计目的设计目的 1、了解宏功能模块。 2、学习用 fpga 实现正弦波信号的发生。 二二正弦波信号发生器正弦波信号发生器的设计思路的
2、设计思路 2.1 dds 技术原理 DDS(direct digital synthesizer)是从相位概念出发直接合成所需的波形的一种频率合成技 术。一个 dds 信号发生器是由:相位累加器、波形数 ROM 表、D/A 转换器以及模拟低通滤 波器 LPF 组成, 原理框图如图 1 所示。DDS 技术的核心是相位累加器, 相位累加器在稳定 时钟信号的控制下产生读取数据的地址值,随后通过查表变换, 地址值被转化为信号波形的 数字幅度序列, 再由数/模变换器(D/A)将代表波形幅度的数字序列转化为模拟电压, 最后经 由低通滤波器将D/A 输出的阶梯状波形平滑为所需的连续波形。 其中F 为频率控制
3、字、 P 为 相位控制字、W 为波形控制字、Fc 为参考时钟频率。相位累加器在时钟 Fc 的控制下以步 长 F 作累加, 输出的值与相位控制字 P 和波形控制字 W 相加后形成查表的地址值, 对波形 ROM 进行寻址。波形 ROM 的输出值即是幅度值, 经过 D/A 变换后形成阶梯状的波形, 最 后通过低通滤波平滑成所需的波形。合成信号的波形取决于 ROM 表中的幅度序列, 通过修 改数据可以产生任意波形, 如果要产生多种波形, 只需把所需的多种波形数据存放到波形 ROM 表中。本设计希望可以输出正弦波和锯齿波, 输出的波形由波形控制字 W 控制。输出 波形的频率为: Fout=(Fc*F)/
4、2N (其中的 N 表示相位相位累加器的位数, 本设计采用 256 点的相位, 有 N=8) 整体设计采用 VHDL 语言实现, 使用 Altera 公司的 QuartusII 进行设计, 顶层的原理图如图 图 1 dds 的原理图 图 2 顶层文件的设计 2.2 ROM 表的设计与实现 ROM 表中包含了产生波形需要的幅值序列, 是产生波形的核心模块。ROM 表的设计方 式有 2 种, 如图 2 所示。第一种是连续型的, 第二种是间隔型的。不同的 ROM 表结构需要 采用不同的查表方式, 所以 ROM 表的设计方式决定了相位累加器的构成。本设计采用了间 隔式的存储方式, 并存储了产生产生正弦波、锯齿波的数据。 图 3 ROM 表中地址存储的 2 种方式 其中 W1- 1 表示第一种波形的第一个相位幅值地址,W1- 2 表示第一种波形的第二个相 位幅值地址。W2 表示第 2 种波形。第一种设计采用连续方式:在波形 ROM 表中先连续存 放第一种波形对应相位的所有幅值数据, 然后接下来是第二种波形的所有幅值数据, 依此类 推.。二种设计采用的是间隔式的方式:在波形 R
