基于FPGA的信號(hào)發(fā)生器設(shè)計(jì)

以FPGA 芯片為載體， 通過QuartusII 的LPM_ROM 模塊和VHDL 語言為核心設(shè)計(jì)一個(gè)多功能信號(hào)發(fā)生器，根據(jù)輸入信號(hào)的選擇可以輸出遞增鋸齒波、遞減鋸齒波、三角波、階梯波和方波等5 種信號(hào)，通過QuartusII 軟件進(jìn)行波形仿真、定時(shí)分析，仿真正確后，利用實(shí)驗(yàn)板提供的資源，下載到芯片中實(shí)現(xiàn)預(yù)定功能。

　　信號(hào)發(fā)生器又稱為波形發(fā)生器， 是一種常用的信號(hào)源，廣泛應(yīng)用于電子電路、通信、控制和教學(xué)實(shí)驗(yàn)等領(lǐng)域。它是科研及工程實(shí)踐中最重要的儀器之一， 以往多用硬件組成，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，可維護(hù)性和可操作性不佳。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的發(fā)展，信號(hào)發(fā)生器的設(shè)計(jì)制作越來越多的是用計(jì)算機(jī)技術(shù)，種類繁多，價(jià)格、性能差異很大。用FPGA 或CPLD 來實(shí)現(xiàn)，它的優(yōu)點(diǎn)是可以進(jìn)行功能仿真，而且FPGA 和CPLD 的片內(nèi)資源豐富，設(shè)計(jì)的流程簡(jiǎn)單。用FPGA 所構(gòu)成的系統(tǒng)來產(chǎn)生波形信號(hào)，這個(gè)系統(tǒng)既能和主機(jī)系統(tǒng)相連，用相應(yīng)的上層軟件展示波形信號(hào)， 又方便程序的編寫， 而且還有A/D0809接口可以產(chǎn)生模擬信號(hào)的輸出和外面的示波器相連。

　　1 正弦信號(hào)發(fā)生器的LPM 定制

　　正弦信號(hào)發(fā)生器由計(jì)數(shù)器或地址發(fā)生器（6 位）、正弦信號(hào)數(shù)據(jù)ROM （6 位地址線，8 位數(shù)據(jù)線， 含有64 個(gè)8 位數(shù)據(jù)， 一個(gè)周期）、原理圖頂層設(shè)計(jì)和8 位D/A （ 實(shí)驗(yàn)中用DAC0832 代替）。

　　其框圖如圖1 所示。其中信號(hào)產(chǎn)生模塊將產(chǎn)生所需的各種信號(hào)，這些信號(hào)的產(chǎn)生可以有多種方式，如用計(jì)數(shù)器直接產(chǎn)生信號(hào)輸出，或者用計(jì)數(shù)器產(chǎn)生存儲(chǔ)器的地址，在存儲(chǔ)器中存放信號(hào)輸出的數(shù)據(jù)。信號(hào)發(fā)生器的控制模塊可以用數(shù)據(jù)選擇器實(shí)現(xiàn)， 用8 選1 數(shù)據(jù)選擇器實(shí)現(xiàn)對(duì)5 種信號(hào)的選擇。

圖1 信號(hào)發(fā)生器結(jié)構(gòu)框圖

　　最后將波形數(shù)據(jù)送入D/A 轉(zhuǎn)換器，將數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換為模擬信號(hào)輸出。用示波器測(cè)試D/A 轉(zhuǎn)換器的輸出，可以觀測(cè)到5 種信號(hào)的輸出。

　　1.1 定制初始化數(shù)據(jù)文件

　　QuartusII 能接受的LPM_ROM 模塊中的初始化數(shù)據(jù)文件的格式有兩種：。mif 格式文件和。hex 格式文件。實(shí)際應(yīng)用中只要使用其中一種格式的文件即可。下面采用。mif 格式文件，調(diào)出產(chǎn)生ROM 數(shù)據(jù)文件大小的選擇窗。根據(jù)64 點(diǎn)8 位正弦數(shù)據(jù)的情況，可選ROM 的數(shù)據(jù)數(shù)Number 為64，數(shù)據(jù)寬Word size 取8 位。單擊OK 按鈕，將出現(xiàn)圖2 所示的空的。mif數(shù)據(jù)表格，表格中的數(shù)據(jù)格式可通過鼠標(biāo)右鍵單擊窗口邊緣的地址數(shù)據(jù)彈出的窗口選擇。

圖2 .mif 數(shù)據(jù)表格

　　將波形數(shù)據(jù)填入mif 文件表中也可以使用QuartusII 以外的編輯器設(shè)計(jì)MIF 文件，其格式如下：

　　#include STdio.h>

　　#include math.h

　　main（）

　　{int i；float s；

　　for （i=0；i1024； i++）

　　{ s = sin（atan（1）*8*i/1024）；

　　printf（%d : %d；n，i，（int）（（s+1）*1023/2））； }}

　　把上述程序編譯成程序后， 可在DOS 命令行下執(zhí)行命令：

　　romgen > sin_ rom. mif；