基于CPLD和單片機的任意波形發(fā)生器設計

波形數據生成

MATLAB作為一款優(yōu)秀的數學(xué)工具軟件，具有強大的運算功能;可以方便的產(chǎn)生各種信號波形，在軟件中實(shí)現波形信號的產(chǎn)生、抽樣和模數轉換。設計的任意波形發(fā)生器，數據存儲器選用28C256芯片，信號波形通過(guò)MATLAB仿真產(chǎn)生;得到的波形數據存放在數據存儲器28C256中。具體設計中，我們要求產(chǎn)生周期為200ms，脈寬為5ms的單/調頻混合信號，其中單頻信號的脈寬為4ms，頻率為30KHz;調頻信號的脈寬為1ms，頻率為30KHz_35KHz。在MATLAB中設定抽樣率為500KHz,得到了2500個(gè)波形數據。這些混合波形數據在燒錄入數據存儲器的過(guò)程中，由于波形數據較多，直接用手工錄入數據存儲器中不僅費時(shí)且容易出錯。為克服這一弊端，通過(guò)MATLAB編程的方法將產(chǎn)生的波形數據按照HEX文件的INTEL格式存放,然后將這些波形數據整批次燒錄入數據存儲器中。采用上述方法，波形數據生成簡(jiǎn)單，快捷;可根據需要在軟件程序中方便地修改信號參數;無(wú)需改動(dòng)硬件電路即可實(shí)現信號參數的功能擴展。

CPLD邏輯設計

分頻電路采用兩片74HC163實(shí)現。通過(guò)分頻電路，將12MHz的晶振標準頻率分頻后，得到500KHz的抽樣頻率，作為地址發(fā)生器的時(shí)鐘。分頻電路的工作由單片機控制。

地址發(fā)生器電路由3片74HC163組成，時(shí)鐘頻率為500KHz，有分頻電路提供;和預存的波形數據抽樣頻率相一致，以實(shí)現數據的無(wú)失真讀出。 電路設計中，采用ALTRA公司的EPM7128AETC100-10芯片，在MAX+PLUSⅡ開(kāi)發(fā)環(huán)境中完成分頻緶泛偷刂販⑸器電路的設計;于CPLD的電路設計，可以省去大部分的中小規模集成電路和分離元件;使得電路具有集成度高、工作速度快、編程方便、價(jià)格低廉的顯著(zhù)優(yōu)點(diǎn)。通過(guò)CPLD和數據預生成的信號實(shí)現方法，無(wú)需改變硬件電路，即可實(shí)現信號參數的任意調整;同時(shí)外圍電路十分簡(jiǎn)單，為工程調試和應用帶來(lái)了方便。

D/A轉換電路

D/A轉換電路的實(shí)現如圖3所示。 電路中，AD7545將波形數據轉換為模擬信號;LF353進(jìn)行信號濾波和整形。

圖3 D/A轉換電路

結語(yǔ)

采用上述方法設計的任意波形發(fā)生器，通過(guò)軟件和硬件結合，充分發(fā)揮MATLAB強大的仿真功能，盡可能的減少了硬件開(kāi)銷(xiāo)。根據實(shí)際需要，可產(chǎn)生正弦波、三角波、鋸齒波、方波等多種波形，可以產(chǎn)生線(xiàn)性調頻信號(LFM)，單頻脈沖信號(CW)，余弦包絡(luò )信號以及他們之間的組合信號等多種波形參數;滿(mǎn)足了工程需要。該任意波形發(fā)生器已應用于在研項目“水中運動(dòng)目標軌跡測量”中，效果良好。