课题设计 基于FPGA的多功能波形发生器的设计

课题实训 基于FPGA的多功能波形发生器的设计

一、实训目的

1. 懂得利用FPGA芯片实现多种波形的产生方法 2. 懂得多功能波形发生器的结构组成 3. 懂得一种复杂FPGA电路的设计 二、实训器材

1.EDA实验箱 1台 2.微型计算机 1台 3.MAX＋PLUSII10.2软件 1套 4.下载电缆 1条 三、实训原理

设计一个多功能波形发生器。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。具体要求如下：

（1）具有产生正弦波、方波、三角波、锯齿波4种周期性波形的功能。 （2）用键盘输入编辑生成上述4种波形（同周期）的线性组合波形。 （3）具有波形存储功能。

（4）输出波形的频率范围为100Hz～200kHz；重复频率可调，频率步进间隔≤100Hz。

（5）输出波形幅度范围0～5V（峰-峰值），可按步进0.1V（峰-峰值）调整。 （6）具有显示输出波形的类型、重复频率（周期）和幅度的功能。

（7）用键盘或其他输入装置产生任意波形。多功能波形发生器系统由以下四部分组成.输入部分、FPGA部分、DAC、显示部分组成。

多功能波形发生器方框图

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四、设计程序（参考程序）

--功能：实现4种常见波形正弦、三角、锯齿、方波（A、B）的频率、幅度可控输出（方波

--A的占空比也是可控的），可以存储任意波形特征数据并能重现该波形，还可完成 --各种波形的线形叠加输出。

--说明： SSS（前三位）和SW信号控制4种常见波形种哪种波形输出。4种波形的频率、

--幅度(基准幅度A)的调节均是通过up、down、set按键和4个BCD码置入器以及一

--个置入档位控制信号（ss）完成的（AMP的调节范围是0~5V，调节量阶为1/51V）。 --其中方波的幅度还可通过u0、d0调节输出数据的归一化幅值（AMP0）进行进一步

--细调（调节量阶为1/（51*255）V）。方波A的占空比通过zu、zp按键调节（调节

--量阶1/64*T）。系统采用内部存储器——RAM实现任意输入波形的存储，程序只支

--持键盘式波形特征参数置入存储，posting 为进入任意波置入(set)、清除（clr）状态

--控制信号，SSS控制存储波形的输出。P180为预留端口， --最后修改日期：2004.3.26。 library ieee;

use ieee.std_logic_1164.all; use ieee.std_logic_arith.all; use ieee.std_logic_unsigned.all; entity mine4 is

port(clk : in std_logic; --时钟信号输入

set, clr, up, down, zu, zd : in std_logic; --各个波形特征的调节触发信号

posting : in std_logic; --任意波键盘置入信号 u0,d0,sw : in std_logic; --方波A、B的切换sw，和方波B的幅度调节按键

ss : in std_logic_vector( 3 downto 0 ); --档位选择信号 sss : in std_logic_vector( 4 downto 0 ); --波形选择信号 Data3, Data2, Data1,Data0 : in std_logic_vector(3 downto 0); --BCD码输入 p180 : out std_logic; --预留接口 lcd : out std_logic_vector(7 downto 0); --显示输出

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shift : out std_logic_vector(3 downto 0); --位码输出

dd, a : out std_logic_vector( 7 downto 0)); --波形、幅度数据输出

end mine4;

architecture behav of mine4 is

subtype word is std_logic_vector( 7 downto 0 ); type unit is array(63 downto 0) of word; signal ram : unit;

signal qqq : integer range 0 to 250000000; signal qq : integer range 0 to 78125000; signal tmp : integer range 0 to 9999;

signal coun : integer range 0 to 78125000; signal coun0 : integer range 0 to 250000000; signal b : integer range 0 to 78125000; signal c : integer range 0 to 500000000; signal z, con : integer range 0 to 63; signal f : std_logic_vector( 7 downto 0 );

signal amp, amp0, d : std_logic_vector(7 downto 0); signal bcd0,bcd1,bcd2,bcd3 : integer range 0 to 9; signal bcd01,bcd11,bcd21,bcd31 : integer range 0 to 9; signal bcd00,bcd10,bcd20,bcd30 : integer range 0 to 9; signal y : integer range 0 to 9; signal addr : integer range 0 to 63; begin

qq<=781250 when ss=\ 7812500 when ss=\ 78125000 when ss=\ 78125;

--qq信号对应SW=0时的档位选择信号SS，实现方波A和其他三种波形的频率预置

qqq<= 500000 when ss=\ 5000000 when ss=\ 50000000 when ss=\

50000;

--qqq信号对应SW=1时的档位选择信号SS，实现方波B的频率预

置

process(clk)

--此进程分别描述了各种波形的频率、幅度（方波A的占空比）调节以及各种波形的任意

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线

--形叠加等。

variable count4 : integer range 0 to 6250000; variable count : integer range 0 to 78125000; variable count3 : integer range 0 to 250000000; variable count1 : integer range 0 to 12500000; variable count0 : integer range 0 to 3249999; variable ddd : std_logic_vector(9 downto 0);

variable dd0,dd1,dd2,dd3,dd4 : integer range 0 to 255; variable adr : integer range 0 to 63; begin

if rising_edge(clk) then

if posting='1' then if count4=6249999 then count4:=0;

adr:=conv_integer(Data3)*10+conv_integer(Data2);--存储单位地址

if adr<64 then

if set='1' then ram(adr)<=conv_std_logic_vector((conv_integer(Data1)*10

+conv_integer(Data0))*2,8); --对置入的任意波形数据进行储

存 elsif clr='1' then adr:=0; --存储器所有单元清零 for i in 0 to 63 loop ram(i)<=(others=>'0'); end loop; end if; end if;

else count4:=count4+1; end if; else

if set='1' then coun<=0; b<=0; coun0<=0;c<=0;z<=31;amp0<=\

tmp<=conv_integer(Data3)*1000+conv_integer(Data2)*100

+conv_integer(Data1)*10+conv_integer(Data0); --频率数据

amp<=\ --幅值

else

if tmp>0 then if sw='0' then

if coun

else

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if count=b then count:=1; if f=63 then f<=\ else f<=f+1; end if; if sss=\ --方波A if con<=z then dd<=amp0; con<=con+1; elsif con=63 then con<=0; dd<=\ else con<=con+1; dd<=\ end if;

dd0

elsif sss=\ --正弦波 elsif sss=\ --锯齿波 elsif sss=\三角波

if f>31 then dd<=(\ else dd<=f(5 downto 0)&\ end if; elsif sss=\ --任意波 if addr<63 then dd<=ram(addr); addr<=addr+1; elsif addr=63 then dd<=ram(63); addr<=0; end if;

else --完成5种波形的线形叠加 if sss(1)='1' then

if con<=z then con<=con+1;

dd0:=conv_integer(amp0); --方波波形数据

else con<=con+1; dd0:=0; end if; end if;

if sss(4)='1' then dd1:=conv_integer(d); --正弦波波形数据dd1 end if;

if sss(2)='1' then dd2:=conv_integer(f(5 downto 0)&\

--锯齿波波形数据dd2 end if; if sss(3)='1' then

if f>31 then dd3:=conv_integer((\ else dd3:=conv_integer(f(5 downto 0)&\三角波波形数据dd3 end if; end if;

if sss(0)='1' then

if addr<63 then dd4:=conv_integer(ram(addr)); addr<=addr+1;

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本文来源：https://www.bwwdw.com/article/xy3d.html