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1、姓 名 ： 黄 先 英 ， 刘 祧指 导 老 师 ： 裴 东 ， 王 全 洲学 生 届 别 ： 2005专 业 ： 电 子 信 息 工 程班 级 ： 电 子 甲 班 摘 要 :我 们 所 设 计 的 是 一 种 基 于 EDA（ 电 子 设 计 自动 化 ） 技 术 及 CPLD（ 大 规 模 可 编 程 逻 辑 器 件 ） 的任 意 波 形 发 生 器 ， 运 用 直 接 数 字 频 率 合 成 技 术（ DDS技 术 ） 的 基 本 工 作 原 理 ， 通 过 MUXPLUS软 件 （ 一 种 可 编 程 逻 辑 器 件 开 发 软 件 ） 和 VHDL语言 编 程 ， 对 硬 件 结 构
2、 和 工 作 方 式 进 行 重 构 ， 再 由 可编 程 逻 辑 器 件 控 制 数 据 的 输 出 ， 经 D/A转 换 器 转 换成 相 应 模 拟 信 号 。 在 设 计 过 程 中 ， 以 Altera公 司 的EPM7128SLC84-15芯 片 为 设 计 器 件 。 讨 论 了 DDS技 术 的 基 本 组 成 结 构 、 工 作 原 理 和 特 点 在 现 代 电 子 测 量 仪 器 中 ， 任 意 波 形 发 生 器（ Arbitrary Waveform Generator， AWG） 作 为 最 新一 类 的 信 号 源 ， 正 日 益 受 到 人 们 的 重 视 ，
3、国 内 外 的许 多 科 研 单 位 和 高 等 院 校 也 纷 纷 着 手 研 制 AWG。但 目 前 使 用 的 AWG大 部 分 是 利 用 分 立 元 件 实 现 的 ，体 积 大 、 可 靠 性 差 、 准 确 度 低 。 a 方 案 一 ： 采 用 单 片 机 函 数 发 生 器 ， 用 D/A转 换 器 的 输 出来 改 变 调 节 电 压 ， 也 可 以 实 现 数 控 调 整 频 率 ， 但 步 长 难以 满 足 要 求 ， 且 频 率 稳 定 度 不 太 高 b方 案 二 ： 采 用 锁 相 式 频 率 合 成 器 ， 利 用 锁 相 环 ， 将 压 控荡 器 （ VCO）
4、 的 输 出 频 率 锁 定 在 所 需 频 率 上 ， 该 方 案 性能 良 好 ， 但 难 以 达 到 输 出 频 率 覆 盖 系 数 的 要 求 ， 且 电 路复 杂 ， 不 适 于 产 生 低 频 信 号 。c方 案 三 ： 采 用 直 接 数 字 频 率 合 成 器 ， 可 用 硬 件 或 软 件实 现 。 即 用 累 加 器 按 频 率 要 求 相 对 应 的 相 位 增 量 进 行 累加 ， 再 以 累 加 相 位 值 作 为 地 址 码 ， 经 D/A转 换 、 滤 波 即得 所 需 波 形 。 方 法 简 单 ， 频 率 稳 定 度 高 ， 易 于 程 控 。d 方 案 四
5、： 采 用 单 片 机 控 制 动 态 生 成 程 序 ， 该 方 法 引 入动 态 编 程 和 吞 时 钟 技 术 ， 使 用 8031便 可 产 生 50kHz的 正弦 波 。 所 以 在 众 多 实 现 AWG方 案 中 ， 鉴 于 DDS目 前 的 飞 速 发展 和 显 著 的 优 点 及 可 编 程 逻 辑 器 件 十 分 适 合 实 现DDS技 术 ， 我 们 选 择 了 利 用 CPLD（ Complex Programable Logic Device） 和 DDS技 术 来 实 现 AWG的 设 计 ， 用 一 片 CPLD器 件 就 能 完 成 几 十 片 MSI（ Mid
6、dle Scale Integration,中 规 模 集 成 ） 电 路 才 能完 成 的 任 务 。 而 且 DDS技 术 有 着 易 于 控 制 、 相 位 连续 、 输 出 频 率 稳 定 度 高 、 分 辨 率 高 等 优 点 。 DDS的 基 本 原 理 是 基 于 采 样 定 理 ， 将 模 拟 信 号 进 行采 集 ， 经 量 化 后 存 入 存 储 器 中 ， 通 过 寻 址 查 找 表 输出 波 形 数 据 ， 再 经 过 D/A转 换 滤 波 即 可 恢 复 模 拟 波形 。 基 本 框 图 如 下 实 现 DDS有 三 种 技 术 方 法a 采 用 高 性 能 DDS单
7、 片 电 路b 采 用 低 频 正 弦 波 DDS单 片 电 路c 设 计 基 于 CPLD芯 片 的 个 人 方 法 将 上 述 DDS的 三 种 实 现 方 案 ， 采 用 集 成 DDS芯 片 固然 能 实 现 ， 但 灵 活 性 不 强 ， 故 采 用 基 于 CPLD芯 片的 自 行 设 计 方 案 。 采 用 自 顶 向 下 细 化 的 设 计 方 法 ，首 先 对 波 形 生 成 子 系 统 进 行 分 析 与 方 案 选 择 入 手 。确 认 了 波 形 产 生 子 系 统 的 实 现 方 案 后 ， 再 来 考 虑 各参 数 控 制 子 系 统 的 实 现 本 方 案 软 件
8、 采 用 了 结 构 化 系 统 设 计 与 结 构 化 程 序 设 计 的 方 法 ， 整 个软 件 由 顶 向 下 分 层 分 块 ， 每 个 模 块 完 成 一 项 功 能 ， 并 遵 守 上 层 模 块调 用 下 层 模 块 ， 同 层 模 块 不 能 相 互 调 用 的 原 则 ， 软 件 的 模 块 如 下 图所 示 。 采 样 点 的 计 算 公 式 为(Cosa+1)*127.5(0到 ） 取 64个 点 ， （ 到 2 ） 则将 这 些 点 逆 向 排 列 即 可 l 经 过 构 思 ， 编 程 设 计 ， 模 拟 ， 下 载 到EPM7128SLC84-15芯 片 ， 连 线 以 及 连 接到 示 波 器 上 调 试 ， 基 本 结 果 达 到 了 预 期的 任 意 波 形 发 生 器 的 设 计 目 的 ， 使 所 设计 的 任 意 波 形 发 生 器 最 终 能 任 意 产 生 正弦 波 ， 三 角 波 ， 锯 齿 波 ， 方 波 这 四 种 波形 里 所 需 要 的 波 形 。 与 传 统 的 AWG相 比 ，采 用 DDS技 术 ， 频 率 切 换 快 ， 控 制 容 易 ，因 此 本 系 统 具 有 很 大 的 开 发 ， 应 用 前 景 。
基于cpld集成芯片实现任意波形发生器
