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fpga和锁相环波形发生器,fpga和锁相环波形发生器44页 1.7万字 有详细的设计过程以及图示 有电路图 附录有源代码和图纸推荐下载参考。引言本设计采用锁相环与直接数字频率合成技术相结合的设计方案。此方案将一个高稳定度和高精确度的标准频率经过倍频后产生同样稳定度和精确度的大量离散频率的技术，它在一定程度上解决了既要频率稳定精确，又要频率在较大...
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内容介绍
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FPGA和锁相环波形发生器
44页 1.7万字 有详细的设计过程以及图示 有电路图 附录有源代码和图纸
推荐下载参考。
引言
本设计采用锁相环与直接数字频率合成技术相结合的设计方案。此方案将一个高稳定度和高精确度的标准频率经过倍频后产生同样稳定度和精确度的大量离散频率的技术，它在一定程度上解决了既要频率稳定精确，又要频率在较大范围可变的矛盾。但由于倍频部分只能产生方波，因此我们使用FPGA，以锁相环产生的方波clk为驱动时钟，从而产生我们需要的各种波形，达到即可调整频率又可选择波形的要求，然后我们把FPGA产生的数字信号通过DAC0832和运算放大器所组成的模拟电路，这样既可以实现数字信号到模拟信号的转换又可以调节输出信号的幅度。
1 设计任务
设计制作一个波形发生器，该波形发生器能产生正弦波，方波，三角波和由用户编辑的特定形状波形。
1.1 基本要求
（1） 具有产生正弦波，方波，三角波三种周期性波形的功能。
（2） 能产生上述三种波形（同周期）的线性组合波形。
（3） 输出波形的频率范围为100Hz~20KHz;重复频率可调，频率步进间隔≤100Hz。
（4） 输出波形幅度范围0～5V。
1.2 发挥部分
（1） 输出频率范围扩展至100Hz~100kHz。
（2） 增加稳幅输出功能。
本设计采用FPGA和锁相环4046实现波形发生器。系统由波形产生模块和可调频率的时钟产生模块，数模转换模块和显示模块四部分组成。波形产生模块完成三种波形的产生，并根据控制信号完成选定波形的输出。可调频率的时钟产生模块能够产生具有不同频率的方波clk，用此方波作为时钟完成输出波形频率的调整。显示模块用于显示输出波形的频率。数模转换模块将波形产生模块输出的数字信号转换为模拟信号；并完成滤波以及放大等功能。此设计的特点在于结合了直接数字频率合成技术和锁相技术各自的优点，同时利用了FPGA的强大处理能力使系统易于实现，结构简单。本设计能产生正弦波，三角波，占空比可调的方波以及它们的线性组合；频率在100Hz~20KHz之间能以100Hz为步进进行调整；幅度可调范围为0~5V。
论文采用了 方案一和方案二的综合实现的
方案一：采用模拟分立元件或单片压控函数发生器MAX038,可产生正弦波，方波，三角波，通过调整外部元件可改变输出频率，但采用模拟器件由于元件分散性太大，即使使用单片函数发生器，参数也与外部元件有关，外接的电阻电容对参数影响很大，因而产生的频率稳定度较差，精度低，抗干扰能力低，成本也高；而且灵活性较差，不能实现任意波形以及波形运算输出等智能化的控制。
方案二：采用锁相式频率合成方案。锁相式频率合成是将一个高稳定度和高精度的标准频率经过加减乘除的运算产生同样稳定度和精确度的大量离散频率的技术，它在一定程度上解决了既要频率稳定精确，又要频率在较大范围可变的矛盾。但频率受VCO可变频率范围的影响，高低频率比不可能做的很高，而且只能产生方波或正弦波，不能满足任意波形的要求。
关键词：正弦波；三角波；占空比可调的方波；频率可调；FPGA；锁相环4046
Abstract
The system is designed to construct an Arbitrary Waveform Generator based on DDFS,with a PLL4046 and FPGA as the key,complimented by necessary analog circuit,so the system is very simple and convenience to realize.In the design ,there are four main module.The first module is oscillator,the modules are responsible for the formation of oscillogram and prefer waveform to output,in other words it can form square waveform,sinusoid waveform and delta waveform and output one kind waveform or the linear combination of several kind waveform;so this module is the key of the system.we use FPGA to realize this module,because FPGA have enough speed and logic unit to use ,and because of its programmable attribute,we can write procedure to complete our design,it is very convenience and reliable.The second module is the control of frequency.in this module,PLL(Phase Lock Loop)4046 plays a key role,iwhich realioze the change of frequency.In fact this module is also the key of the system,if there is not this module ,the frequency of the system can’t be changed and the frequency of
目 录
引言………………………………………………………………………………………1
1 设计任务……………………………………………………………………………1
1.1 基本要求………………………………………………………………………………1
1.2 发挥部分………………………………………………………………………………1
2 方案论证与比较……………………………………………………………………1
2.1 常见信号源制作方法原理……………………………………………………………1
2.2 常见信号产生电路……………………………………………………………………3
3 系统电路的设计……………………………………………………………………4
3.1 系统框图及说明………………………………………………………………………4
3.2 主要电路设计说明……………………………………………………………………6
3.2.1晶体振荡电路…………………………………………………………………………6
3.2.2倍频电路………………………………………………………………………………6
3.2.3数模转换和放大滤波电路……………………………………………………………7
3.2.4数码管显示电路………………………………………………………………………8
3.2.5 输入去抖电路…………………………………………………………………………9
3.3 主要软件设计说明……………………………………………………………………10
3.3.1前端核心软件设计……………………………………………………………………10
3.3.2波形产生模块软件设计………………………………………………………………12
3.4 主要元器件介绍………………………………………………………………………15
3.4.1FPGA介绍……………………………………………………………………………15
3.4.2锁相环4046介绍……………………………………………………………………16
3.4.3VHDL介绍……………………………………………………………………………19
3.4.4MAX+PLUSII介绍…………………………………………………………………………20
4软件仿真与硬件调试与测试 ……………………………………………………20
4.1 软件部分仿真…………………………………………………………………………20
4.2 硬件调试………………………………………………………………………………22
4.3 硬件电路测试…………………………………………………………………………22
4.4 误差分析………………………………………………………………………………23
5 工程设计………………………………………………………………………………23
6 制作……………………………………………………………………………………24
7 结论……………………………………………………………………………………25
谢辞………………………………………………………………………………………26
参考文献…………………………………………………………………………………27
附录………………………………………………………………………………………28
参考文献
[8] 黄冰 覃伟年.微机原理及应用[M].重庆：重庆大学出版社，
[9] 王思明 张鑫.智能化程控波形发生器设计与实现[D].兰州：兰州铁道学院学报
[10] 白驹珩，雷晓平.单片计算机及其应用[M]. 成都：电子科技大学出版社
[11] 朱定华.单片机原理及接口技术[M].北京:电子工业出版社
[12] 潘松.VHDL实用教程[M].成都：电子科技大学出版社
44页 1.7万字 有详细的设计过程以及图示 有电路图 附录有源代码和图纸
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引言
本设计采用锁相环与直接数字频率合成技术相结合的设计方案。此方案将一个高稳定度和高精确度的标准频率经过倍频后产生同样稳定度和精确度的大量离散频率的技术，它在一定程度上解决了既要频率稳定精确，又要频率在较大范围可变的矛盾。但由于倍频部分只能产生方波，因此我们使用FPGA，以锁相环产生的方波clk为驱动时钟，从而产生我们需要的各种波形，达到即可调整频率又可选择波形的要求，然后我们把FPGA产生的数字信号通过DAC0832和运算放大器所组成的模拟电路，这样既可以实现数字信号到模拟信号的转换又可以调节输出信号的幅度。
1 设计任务
设计制作一个波形发生器，该波形发生器能产生正弦波，方波，三角波和由用户编辑的特定形状波形。
1.1 基本要求
（1） 具有产生正弦波，方波，三角波三种周期性波形的功能。
（2） 能产生上述三种波形（同周期）的线性组合波形。
（3） 输出波形的频率范围为100Hz~20KHz;重复频率可调，频率步进间隔≤100Hz。
（4） 输出波形幅度范围0～5V。
1.2 发挥部分
（1） 输出频率范围扩展至100Hz~100kHz。
（2） 增加稳幅输出功能。
本设计采用FPGA和锁相环4046实现波形发生器。系统由波形产生模块和可调频率的时钟产生模块，数模转换模块和显示模块四部分组成。波形产生模块完成三种波形的产生，并根据控制信号完成选定波形的输出。可调频率的时钟产生模块能够产生具有不同频率的方波clk，用此方波作为时钟完成输出波形频率的调整。显示模块用于显示输出波形的频率。数模转换模块将波形产生模块输出的数字信号转换为模拟信号；并完成滤波以及放大等功能。此设计的特点在于结合了直接数字频率合成技术和锁相技术各自的优点，同时利用了FPGA的强大处理能力使系统易于实现，结构简单。本设计能产生正弦波，三角波，占空比可调的方波以及它们的线性组合；频率在100Hz~20KHz之间能以100Hz为步进进行调整；幅度可调范围为0~5V。
论文采用了 方案一和方案二的综合实现的
方案一：采用模拟分立元件或单片压控函数发生器MAX038,可产生正弦波，方波，三角波，通过调整外部元件可改变输出频率，但采用模拟器件由于元件分散性太大，即使使用单片函数发生器，参数也与外部元件有关，外接的电阻电容对参数影响很大，因而产生的频率稳定度较差，精度低，抗干扰能力低，成本也高；而且灵活性较差，不能实现任意波形以及波形运算输出等智能化的控制。
方案二：采用锁相式频率合成方案。锁相式频率合成是将一个高稳定度和高精度的标准频率经过加减乘除的运算产生同样稳定度和精确度的大量离散频率的技术，它在一定程度上解决了既要频率稳定精确，又要频率在较大范围可变的矛盾。但频率受VCO可变频率范围的影响，高低频率比不可能做的很高，而且只能产生方波或正弦波，不能满足任意波形的要求。
关键词：正弦波；三角波；占空比可调的方波；频率可调；FPGA；锁相环4046
Abstract
The system is designed to construct an Arbitrary Waveform Generator based on DDFS,with a PLL4046 and FPGA as the key,complimented by necessary analog circuit,so the system is very simple and convenience to realize.In the design ,there are four main module.The first module is oscillator,the modules are responsible for the formation of oscillogram and prefer waveform to output,in other words it can form square waveform,sinusoid waveform and delta waveform and output one kind waveform or the linear combination of several kind waveform;so this module is the key of the system.we use FPGA to realize this module,because FPGA have enough speed and logic unit to use ,and because of its programmable attribute,we can write procedure to complete our design,it is very convenience and reliable.The second module is the control of frequency.in this module,PLL(Phase Lock Loop)4046 plays a key role,iwhich realioze the change of frequency.In fact this module is also the key of the system,if there is not this module ,the frequency of the system can’t be changed and the frequency of
目 录
引言………………………………………………………………………………………1
1 设计任务……………………………………………………………………………1
1.1 基本要求………………………………………………………………………………1
1.2 发挥部分………………………………………………………………………………1
2 方案论证与比较……………………………………………………………………1
2.1 常见信号源制作方法原理……………………………………………………………1
2.2 常见信号产生电路……………………………………………………………………3
3 系统电路的设计……………………………………………………………………4
3.1 系统框图及说明………………………………………………………………………4
3.2 主要电路设计说明……………………………………………………………………6
3.2.1晶体振荡电路…………………………………………………………………………6
3.2.2倍频电路………………………………………………………………………………6
3.2.3数模转换和放大滤波电路……………………………………………………………7
3.2.4数码管显示电路………………………………………………………………………8
3.2.5 输入去抖电路…………………………………………………………………………9
3.3 主要软件设计说明……………………………………………………………………10
3.3.1前端核心软件设计……………………………………………………………………10
3.3.2波形产生模块软件设计………………………………………………………………12
3.4 主要元器件介绍………………………………………………………………………15
3.4.1FPGA介绍……………………………………………………………………………15
3.4.2锁相环4046介绍……………………………………………………………………16
3.4.3VHDL介绍……………………………………………………………………………19
3.4.4MAX+PLUSII介绍…………………………………………………………………………20
4软件仿真与硬件调试与测试 ……………………………………………………20
4.1 软件部分仿真…………………………………………………………………………20
4.2 硬件调试………………………………………………………………………………22
4.3 硬件电路测试…………………………………………………………………………22
4.4 误差分析………………………………………………………………………………23
5 工程设计………………………………………………………………………………23
6 制作……………………………………………………………………………………24
7 结论……………………………………………………………………………………25
谢辞………………………………………………………………………………………26
参考文献…………………………………………………………………………………27
附录………………………………………………………………………………………28
参考文献
[8] 黄冰 覃伟年.微机原理及应用[M].重庆：重庆大学出版社，
[9] 王思明 张鑫.智能化程控波形发生器设计与实现[D].兰州：兰州铁道学院学报
[10] 白驹珩，雷晓平.单片计算机及其应用[M]. 成都：电子科技大学出版社
[11] 朱定华.单片机原理及接口技术[M].北京:电子工业出版社
[12] 潘松.VHDL实用教程[M].成都：电子科技大学出版社
