基于FPGA的信号发生器开题报告

山东轻工业学院

毕业设计（论文）开题报告

课题名称 课题类型 学生姓名 基于FPGA和锁相环的信号发生器设计 技术开发 高超 学 号 导师姓名 200702031071 王晓芳 专业班级 电子07-2 一、选题依据 1、目的及意义 传统信号发生器大多由模拟电路构成，存在连线复杂、调试烦琐且可靠性较差等缺点。以VHDL编程语言和FPGA器件为核心的可调信号发生器的设计实现，提高了系统可靠性，实现了系统信号实时快速测量，也为其广泛应用于实际领域创造了条件。利用FPGA具有的静态可重复编程和动态可系统重构的特性，使得硬件功能像软件一样通过编程修改，从而提高开发效率，缩短研发周期。信号发生器是一种常用的信号源，它是一种为电子测量和计量工作提供信号的设备，信号源作为一种基本电子设备在教学、科研、电 子产品测量与调试、部队设备技术保障等领域，都有着广泛的应用。在测试、研究、调整电子电路及设备时，为测定电路的一些电参量，如测量频率响应、噪声系 数，为电压表定度等提供符合所定技术条件的电信号，以模拟在实际工作中使用的待测设备的激励信号。当要求进行系统的稳态特性测量时，需使用振幅、频率已知 的正弦信号源。当测试系统的瞬态特性时，又需使用前沿时间、脉冲宽度和重复周期已知的矩形脉冲源。并且要求信号源输出信号的参数，如频率、波形、输出电压 或功率等，能在一定范围内进行精确调整，有很好的稳定性，有输出指示。随着科学事业的不断发展在各种实验和试验测试处理中，信号发生器根据使用者的要求作为激励源，提供给被测试电路，以满足测量或各种实际需要。随着经济和科技的发展，对相应的测试仪器和测试手段也提出了更高的要求，传统的信号发生器大多采用专用芯片或单片机或模拟电路，成本高、控制方式不灵活、波形种类较少等不能满足要求。但近几年随着FPGA技术的快速发展和广泛应用，其在信号发生器上的应用得到了很好的认同，很好的解决了有传统信号发生器带来的一些问题，信号发生器己成为测试仪器中至关重要的一类，因此开发信号发

生器具有重大意义。 2、国内外研究现状 信号发生器是一种最悠久的测量仪器，早在20年代电子设备刚出现时它就产生了。随着通信和雷达技术的发展，40年代出现了主 要用于测试各种接收机的标准信号发生器，使信号发生器从定性分析的测试仪器发展成定量分析的测量仪器。同时还出现了可用来测量脉冲电路或用作脉冲调制器的 脉冲信号发生器。由于早期的信号发生器机械结构比较复杂，功率比较大，电路比较简单，因此发展速度比较慢。但在现代工业自动化系统中，经常用到信号发生 器，其在各个领域发挥着重要的作用。 目前以硬件描述语言（Verilog 或 VHDL）所完成的电路设计，可以经过简单的综合与布局，快速的烧录至 FPGA 上进行测试，是现代 IC 设计验证的技术主流。这些可编辑元件可以被用来实现一些基本的逻辑门电路（比如AND、OR、XOR、NOT）或者更复杂一些的组合功能比如解码器或数学方程式。在大多数的FPGA里面，这些可编辑的元件里也包含记忆元件例如触发器（Flip－flop）或者其他更加完整的记忆块。 系统设计师可以根据需要通过可编辑的连接把FPGA内部的逻辑块连接起来，就好像一个电路试验板被放在了一个芯片里。一个出厂后的成品FPGA的逻辑块和连接可以按照设计者而改变，所以FPGA可以完成所需要的逻辑功能。 随着电子测量及其他部门对各类信号发生器的广泛需求及电子技术的迅速发展，促使信号发生器种类日益增多，性能日益提高，尤其随着70年代微处理器的出现更 促使信号发生器向着自动化、智能化发展，但还是存在一些问题。直到近年来现场可编程门阵列（FPGA）技术得到快速的发展和广泛的应用，其资源容量、工作 频率以及集成度都得到了极大的提高，使得利用FPGA实现某些专用数字集成电路得到了大家的关注，而基于FPGA实现的信号发生器和以前相比有着灵活的接 口和控制方式、较短的转换时间、较宽的宽带、以及相位连续变化和频率分辨率较高等优点，比起专用芯片功耗也低[8]，为信号发生器的发展提供了一种新的设计方法和思路。 二、研究设计内容 在QuartusII开发环境中，利用FPGA技术和锁相环频率合成技术，设计一个简单的函数信号发生器，使之具有以下功能：（1）产生正弦波、三角波、锯齿波和方波信号，并能够方便地实现各种波形的切换；（2）具有频率和幅度调节调功能。 三、研究设计方法及技术路线

纵观整个设计思路，大致可分为三大部分。 第一阶段：通过查阅资料对本系统做深入了解，熟悉各模块。对系统的结构设计有了初步的思路以后，大体绘出系统的结构框图。 第二阶段：对系统进行设计。可调信号发生器系统由顶层模块、控制开关和输入输出模块等部分组成，可调信号发生器系统的功能模块主要由顶层文件(Verilog HDL源程序)和波形数据ROM两部分组成。波形数据ROM设计主要包括设计波形数据ROM初始化数据文件和定制ROM元件。 第三阶段：对各个子模块进行调试仿真，如果无误，把各个子模块连接起来，形成顶层图，最后对整个系统进行调试，得到仿真波形。 四、时间安排 第八周：查阅和收集资料，加深对FPGA语言的认识，熟悉运用VHDL语言进行编程，了解各模块的基本知识。翻译与本题目相关的外文资料；学习FPGA的开发环境；完成开题报告，经指导教师同意后开题。 第九周：开始整体方案的设计。查阅资料，分析设计需要哪些模块，熟悉各个模块的功能。 第十周：初步设计任务的整体方案，进行具体模块的设计，此间对各个模块的设计进行了分析，了解功能及其如何实现之后，用VHDL语言编写程序，生成器件，。 第十一周：对各个子模块进行仿真，调试，直至出现要求的结果。 第十二周：进行中期检查，检查课题及论文的完成情况，提交中期检查总结报告，对课题完成过程中存在的问题进行总结和提出解决方案。 第十三周：把子模块连接起来，生成顶层模块，初步完成整个系统的框架，并对整个系统进行仿真。 第十四周：检查各系统设计是否存在问题，并进行优化修改。 第十五周：完成毕业设计软件及有关系统各个模块的整体调试。整理各种资料，开始撰写毕业论文。 第十六周～第十七周：在指导老师的建议下修改并完成论文。参加毕业答辩，完成各种资料的整理和归档。 五、预期研究成果： 1、在有关软件上完成各个模块的功能，并获得仿真波形。最后对于整体的框架进

行仿真，验证所设计系统的功能，得到设计成果。 2、提交毕业设计论文。 六、主要参考文献 [1]李翠华. 信号发生器的设计[J]. 科技广场, 2009, 1: 211~213 [2]申彦春, 王欢, 梁延贵. 基于FPGA的信号发生器的设计[J]. 唐山学院学报, 2008, 3: 125~189 [3]刘皖, 何道军, 谭明. FPGA设计与应用[M]. 北京清华大学出版社, 2006: 28~69 [4]赵雅兴. FPGA原理设计与应用[M]. 天津大学出版社, 1999: 268~321 [5]余勇, 郑小林. 基于FPGA的DDS正弦信号发生器的设计与实现[J]. 电子器件, 2005, 9: 596~599 [6]田耘,徐文波. Xilinx FPGA开发实用教程[M]. 北京: 清华大学出版社, 2008, 3: 253~324 [7]刘和平等. DSP原理及电机控制应用[M]. 北京: 北京航空航天大学出版社, 2006. 1~2 [8]张献伟, 任志良, 陈光, 王华. 基于Xilinx FPGA TP CORE的可调正弦信号发生器设计[J].电子测量技术, 2009, 5: 1~4 年 月 日

指导教师意见： 指导教师： 年 月 日 注：课题类型填写：工程设计、技术开发、软件工程、理论研究等，同时注明X—真实课

题；Y—模拟课题；Z—虚拟课题。