基于FPGA的信號發(fā)生器設計

以FPGA 芯片為載體， 通過(guò)QuartusII 的LPM_ROM 模塊和VHDL 語(yǔ)言為核心設計一個(gè)多功能信號發(fā)生器，根據輸入信號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，通過(guò)QuartusII 軟件進(jìn)行波形仿真、定時(shí)分析，仿真正確后，利用實(shí)驗板提供的資源，下載到芯片中實(shí)現預定功能。

　　信號發(fā)生器又稱(chēng)為波形發(fā)生器， 是一種常用的信號源，廣泛應用于電子電路、通信、控制和教學(xué)實(shí)驗等領(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，系統結構比較復雜，可維護性和可操作性不佳。隨著(zhù)計算機技術(shù)的發(fā)展，信號發(fā)生器的設計制作越來(lái)越多的是用計算機技術(shù)，種類(lèi)繁多，價(jià)格、性能差異很大。用FPGA 或CPLD 來(lái)實(shí)現，它的優(yōu)點(diǎn)是可以進(jìn)行功能仿真，而且FPGA 和CPLD 的片內資源豐富，設計的流程簡(jiǎn)單。用FPGA 所構成的系統來(lái)產(chǎn)生波形信號，這個(gè)系統既能和主機系統相連，用相應的上層軟件展示波形信號， 又方便程序的編寫(xiě)， 而且還有A/D0809接口可以產(chǎn)生模擬信號的輸出和外面的示波器相連。

　　1 正弦信號發(fā)生器的LPM 定制

　　正弦信號發(fā)生器由計數器或地址發(fā)生器（6 位）、正弦信號數據ROM （6 位地址線(xiàn)，8 位數據線(xiàn)， 含有64 個(gè)8 位數據， 一個(gè)周期）、原理圖頂層設計和8 位D/A （ 實(shí)驗中用DAC0832 代替）。

　　其框圖如圖1 所示。其中信號產(chǎn)生模塊將產(chǎn)生所需的各種信號，這些信號的產(chǎn)生可以有多種方式，如用計數器直接產(chǎn)生信號輸出，或者用計數器產(chǎn)生存儲器的地址，在存儲器中存放信號輸出的數據。信號發(fā)生器的控制模塊可以用數據選擇器實(shí)現， 用8 選1 數據選擇器實(shí)現對5 種信號的選擇。

圖1 信號發(fā)生器結構框圖

　　最后將波形數據送入D/A 轉換器，將數字信號轉換為模擬信號輸出。用示波器測試D/A 轉換器的輸出，可以觀(guān)測到5 種信號的輸出。

　　1.1 定制初始化數據文件

　　QuartusII 能接受的LPM_ROM 模塊中的初始化數據文件的格式有兩種：。mif 格式文件和。hex 格式文件。實(shí)際應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，調出產(chǎn)生ROM 數據文件大小的選擇窗。根據64 點(diǎn)8 位正弦數據的情況，可選ROM 的數據數Number 為64，數據寬Word size 取8 位。單擊OK 按鈕，將出現圖2 所示的空的。mif數據表格，表格中的數據格式可通過(guò)鼠標右鍵單擊窗口邊緣的地址數據彈出的窗口選擇。

圖2 .mif 數據表格

　　將波形數據填入mif 文件表中也可以使用QuartusII 以外的編輯器設計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 命令行下執行命令：

　　romgen > sin_ rom. mif；