本設計採用FPGA和鎖相環4046實現波形發生器。系統由波形產生模組和可調頻率的時鐘產生模組，數模轉換模組和顯示模組四部分組成。波形產生模組完成三種波形的產生，並根據控制訊號完成選定波形的輸出。可調頻率的時鐘產生模組能夠產生具有不同頻率的方波clk，用此方波作為時鐘完成輸出波形頻率的調整。顯示模組用於顯示輸出波形的頻率。數模轉換模組將波形產生模組輸出的數字訊號轉換為模擬訊號；並完成濾波以及放大等功能。此設計的特點在於結合了直接數字頻率合成技術和鎖相技術各自的優點，同時利用了FPGA的強大處理能力使系統易於實現，結構簡單。本設計能產生正弦波，三角波，佔空比可調的方波以及它們的線性組合；頻率在100Hz~20KHz之間能以100Hz為步進進行調整；幅度可調範圍為0~5V。 關鍵詞：正弦波；三角波；佔空比可調的方波；頻率可調；FPGA；鎖相環4046 目 錄 引言………………………………………………………………………………………1 1 設計任務……………………………………………………………………………1 1.1 基本要求……………………………………………………………………………1 1.2 發揮部分……………………………………………………………………………1 2 方案論證與比較……………………………………………………………………1 2.1 常見訊號源製作方法原理…………………………………………………………1 2.2 常見訊號產生電路…………………………………………………………………3 3 系統電路的設計………………………………………………………………4 3.1 系統框圖及說明……………………………………………………………………4 3.2 主要電路設計說明…………………………………………………………………6 3.2.1晶體振盪電路………………………………………………………………………6 3.2.2倍頻電路……………………………………………………………………………6 3.2.3數模轉換和放大濾波電路…………………………………………………………7 3.2.4數碼管顯示電路……………………………………………………………………8 3.2.5 輸入去抖電路……………………………………………………………………9 3.3 主要軟體設計說明…………………………………………………………………10 3.3.1前端核心軟體設計………………………………………………………………10 3.3.2波形產生模組軟體設計…………………………………………………………12 3.4 主要元器件介紹……………………………………………………………………15 3.4.1FPGA介紹…………………………………………………………………………15 3.4.2鎖相環4046介紹…………………………………………………………………16 3.4.3VHDL介紹…………………………………………………………………………19 3.4.4MAX+PLUSII介紹…………………………………………………………………20 4軟體模擬與硬體除錯與測試 ……………………………………………………20 4.1 軟體部分模擬……………………………………………………………………20 4.2 硬體除錯……………………………………………………………………………22 4.3 硬體電路測試………………………………………………………………………22 4.4 誤差分析……………………………………………………………………………23 5 工程設計……………………………………………………………………………23 6 製作…………………………………………………………………………………24 7 結論…………………………………………………………………………………25 謝辭………………………………………………………………………………………26 參考文獻…………………………………………………………………………………27 附錄………………………………………………………………………………………28
本設計採用FPGA和鎖相環4046實現波形發生器。系統由波形產生模組和可調頻率的時鐘產生模組，數模轉換模組和顯示模組四部分組成。波形產生模組完成三種波形的產生，並根據控制訊號完成選定波形的輸出。可調頻率的時鐘產生模組能夠產生具有不同頻率的方波clk，用此方波作為時鐘完成輸出波形頻率的調整。顯示模組用於顯示輸出波形的頻率。數模轉換模組將波形產生模組輸出的數字訊號轉換為模擬訊號；並完成濾波以及放大等功能。此設計的特點在於結合了直接數字頻率合成技術和鎖相技術各自的優點，同時利用了FPGA的強大處理能力使系統易於實現，結構簡單。本設計能產生正弦波，三角波，佔空比可調的方波以及它們的線性組合；頻率在100Hz~20KHz之間能以100Hz為步進進行調整；幅度可調範圍為0~5V。 關鍵詞：正弦波；三角波；佔空比可調的方波；頻率可調；FPGA；鎖相環4046 目 錄 引言………………………………………………………………………………………1 1 設計任務……………………………………………………………………………1 1.1 基本要求……………………………………………………………………………1 1.2 發揮部分……………………………………………………………………………1 2 方案論證與比較……………………………………………………………………1 2.1 常見訊號源製作方法原理…………………………………………………………1 2.2 常見訊號產生電路…………………………………………………………………3 3 系統電路的設計………………………………………………………………4 3.1 系統框圖及說明……………………………………………………………………4 3.2 主要電路設計說明…………………………………………………………………6 3.2.1晶體振盪電路………………………………………………………………………6 3.2.2倍頻電路……………………………………………………………………………6 3.2.3數模轉換和放大濾波電路…………………………………………………………7 3.2.4數碼管顯示電路……………………………………………………………………8 3.2.5 輸入去抖電路……………………………………………………………………9 3.3 主要軟體設計說明…………………………………………………………………10 3.3.1前端核心軟體設計………………………………………………………………10 3.3.2波形產生模組軟體設計…………………………………………………………12 3.4 主要元器件介紹……………………………………………………………………15 3.4.1FPGA介紹…………………………………………………………………………15 3.4.2鎖相環4046介紹…………………………………………………………………16 3.4.3VHDL介紹…………………………………………………………………………19 3.4.4MAX+PLUSII介紹…………………………………………………………………20 4軟體模擬與硬體除錯與測試 ……………………………………………………20 4.1 軟體部分模擬……………………………………………………………………20 4.2 硬體除錯……………………………………………………………………………22 4.3 硬體電路測試………………………………………………………………………22 4.4 誤差分析……………………………………………………………………………23 5 工程設計……………………………………………………………………………23 6 製作…………………………………………………………………………………24 7 結論…………………………………………………………………………………25 謝辭………………………………………………………………………………………26 參考文獻…………………………………………………………………………………27 附錄………………………………………………………………………………………28