基于查表结构的信号发生器

摘 要：用模拟电路来制作信号发生器已经有很久的历史了,但是模拟电路有很多的缺点,比如连线复杂、调试烦琐并且可靠性比较较差.用verilogHDL编程,在Altera公司的FPGA芯片上实现的可调节信号发生器,不仅提高了系统可靠性,而且很容易实现系统信号实时快速的测量,也为基于FPGA的可调信号发生器在实际领域的广发应用创造很好的条件.

关 键 词：信号发生器；FPGA；quartusⅡ

中图分类号：TP311.52文献标识码：A文章编号：1674-7712（2013）20-0000-01

一、信号发生器在工程领域广泛的应用

信号发生器指的是能产生所需参数的电测试信号的仪器.其输出的波形包含正弦波、方波、三角波、锯齿波等等的波形.信号发生器又被称为信号源或振荡器,在生产实践和科技领域中应用十分普遍.在通信工程的科研实验里,经常需要用到不同频率和多种相位的信号源,比如正弦波、三角波、方波和锯齿波等,因而多波形信号发生器的的设计还是十分必要的.传统的信号波形发生器多采用模拟分立元件来实现,产生的波形种类很受电路硬件的限制,即不但体积大,而且灵活性和稳定性也相对较差.近几年来,以数字技术为基础的波形发生器发展的速度很是惊人,性能指标都得到了很大的提高.现场可编程逻辑门阵列器件具有容量大、运算速度快、现场可编程等很多优点,使得许多复杂电路的设计方法有了新的突破,因此,FPGA越来越广泛得被应用到了实际工程中.

二、FPGA实现方法的优势

传统的方法是利用集成DDS的芯片AD985产生10hz到1Mhz的正弦波、方波和三角波,用FPGA和单片机共同控制整个系统的运行,这种方法能实现高速度的频率变换,并且相位噪声很低,与其他的方法对比具有最高的工作频率.但是整个系统中用了大量的倍频、分频、混频和滤波环节,因而直接频率合成器的结构很复杂,体积太大,实现的成本也很不经济.

用基于FPGA的查表结构来实现多通道的信号发生器,不仅实现方法简单而且体积很小,很符合现代电子工程领域的发展趋势.

三、实现方法

利用Altera公司的quartusⅡ软件来设计并进行仿真,当仿真成功之后下载到Altera公司的FPGA芯片cyloneⅢ中运行,在输出段与8位DA转换芯片相连,之后在示波器上观察结果.在利用quartusⅡ进行设计的过程中,用verilog语言实现设计的要求,并且将整个信号发生器分为许多小的模块,利用模块化设计的思想来设计,这样不仅可以使整个设计变得有条理,而且设计工程中不易出错.设计完成并进行仿真之后,当发现错误的时候也可以以模块为单位来查错,进而使仿真成功的几率大大的增加.

整个系统包含如下模块：（1）2-4译码器模块,利用此模块可以控制输出的波形的形状.（2）位宽为10bit的计数器模块,计数器模块式用来产生内存地址的,当计数器的计数值达到最大值时其自动归0,从而可以输出不断循环的波形.（3）存储正弦波离散数据的存储器模块.（4）存储方波离散数据的存储器模块.（5）存储三角波离散数据的存储器模块.（6）存储锯齿波离散数据的存储器模块.

四、实验过程和结果

(一)实验过程

本实验过程在QuartusⅡ中仿真实现,使用软件自带的IP核和自己编程的方法共同来实现本实验.图1是本实验的原理图,其中dec2_4和t10是通过自己编程的方法实现的,而ROM1模块sin、square、triangle、sawtooth是利用QuartusⅡ自带的的IP核来实现的.

(二)仿真结果

以下的四幅图分别表示了sin、square、triangle、sawtooth四中不同波形的数字信号输出数值,经过DA转换后就可以变成模拟信号来使用.