任意波形信号发生器 - 图文

锯齿波、正弦波、方波，及任意组合波形，考虑程序的容量，每种波形在一个周期内均的取样点不能太多。

系统的设计框图如下图2.1所示：

选择信号时钟信号输出信号寄存信号产生信号控制D/A转换滤波信号输出衰减显示 图2.1 系统设计框图

2．函数发生器的设计思路

本次课程设计采用FPGA作为中心控制逻辑，由于其具有高速和逻辑单元数多的特

点，因此可以由FPGA、DAC和I/V运放直接构成信号源发生器的最小系统。在该方案中通过FPGA控制DAC并直接向DAC发送数据，这样就提高了所需波形的频率并绕过了通用存储器读取速度慢的特点，再加上外部的开关按钮就能够简单控制波形切换及改变波形的某些表征参量，能够通过编程实现波形的任意性、幅度变化的灵活性等功能。

本次课程设计采用自顶向下的设计方法进行设计，包含顶层文件的设计和底层文

件的设计。顶层的设计是把下层各模块连接起来，采用文本输入的方式，通过元件例化的方法，调用各元件，实现函数发生器的设计。在顶层的设计中，clk，reset，ob，si，dl，sq，tc为系统的控制信号输入端，Q，a,b,c,d,e,f,g为数字信号的输出端口：clk为系统时钟信号输入端，reset为系统复位信号，ob,si,dl,sq 是系统波形选择数码开关，通过改变开关的通断可以选择输出的波形；tc 为信号衰减档位选择，其有，2、4、8三个衰减档位；a,b,c,d,e,f,g为七段数码管显示控制输出，用于显示衰减倍数；FPGA产生数字信号，并且由Q端口送入ADC0832的输入数据端口，这样数字信号经D/A转换器转换成为模拟信号。但是DAC0832C 以电流形式输出转换结果，若要得到电压形式的输出结果需另加I/V转换电路，这时可采用运算放大器，这里我们采用TL082实现电流－电压转换，即可转换成模拟电压信号，输出的波形经过低通滤波电路可以滤除毛刺及干扰信号，这样就可以得到较清晰的波形，可以通过示波器观察所得波形。

底层设计建立基本的模块，实现相应的功能，便于元件例化，包含波形选择、正

弦波、正斜率斜波、锯齿波、任意波形等模块: 波形选择模块外接开关，利用开关选

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择要输出的波形及产生相应的数字信号，以便于送入ADC0832的输入数据端口进行数据转换，从而输出所选择的波形；正弦波模块、正斜率斜波模块、锯齿波模块、任意波形模块分别产生与各自相对应的正弦波的数字信号、正斜率斜波的数字信号、锯齿波的数字信号、任意波形的数字信号等模块，各个波形模块所产生的数字信号送入波形选择器中，以便于波形选择器选择并输出数字信号。此外，信号的频率和幅值及其他表征参数可通过时钟（CLK）信号的改变来调节。

值得注意的是，波形数据的建立是整个程序设计中最重要的问题。FPGA输出的数

字信号需要经D／A转换器转换成各种波形输出。而由D／A转换器可知，DAC0832的分辨率是8位，这样，将模拟信号的各种波行在一个周期内平均分成255份，由于已经确定每周期的取样点数为64，即每隔2π/64的间隔取值一次，所取的值为该点对应的波形的值，通过计算可以获得64个取样点的值；也可以通过查表的方法取得64个取样点的值。

2.2 系统设计原理图

如图2.2所示为系统设计原理图，其主要由数据寄存器74LS244，D/A转换器DAC0832

及有运放TL082构成的低通滤波电路组成。其中，可通过JJ1、JJ2、JJ3和JJ4改变滤波特性。此外，由于DAC0832输出的为电流信号，需用运放将电流转换为电压信号，再通过滤波电路进行滤波产生最终输出波形信号。

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数据寄存 D/A转换 滤波 I/U转换

图2.2 系统设计原理图

2.3 相关芯片介绍

数模转换芯片DAC0832：

D/A转换器的类型很多,从输入电路来说,一般的D/A转换器都带有输入寄存器,与微机能直接对接。在此方案中采用分辨率为8位的DAC0832集成电路芯片。它由NSC公司（National Semiconductor Corporation）所生产，采用低功耗的CMOS工艺制成。它具有连接简单，转换控制方便、价格低廉等特点，在各微机系统中得到广泛的应用。 DAC0832的结构框图如图2.3所示：

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图2.3 DAC832结构框图

DAC0832是具有20个引脚的双列直插式芯片。其内部实际上是一个T型电阻网络

在外部运算放大器配合下完成D/A转换工作。DAC0832的内部包括两个8位寄存器、1个8位转换器和相应辅助电路。DAC0832内部有两个寄存器，能实现双缓冲、单缓冲和直通三种工作方式。

DAC0832的引脚图如图2.4所示，其功能如下：

图2.3 DAC832结构框图

DI0~DI7：数据输入线，TLL电平。

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