課程設計結(jié)題報告

1、哈爾濱工業(yè)大學課程設計結(jié)題報告Har b in I nstitu te of Technology課程設計結(jié)題報告課程名稱：設計題目：院系：班級：設計者：洪小沯學號：指導教師：設計時間：哈爾濱工業(yè)大學年月日哈爾濱工業(yè)大學課程設計結(jié)題報告通用通信信號源設計摘要 信號發(fā)生器又稱信號源或振蕩器，在生產(chǎn)實踐和科技領(lǐng)域中有著廣泛的應用。它能夠產(chǎn)生多種波形，如三角波、鋸齒波、方波、正弦波等，在電路實驗和設備檢測中具有十分廣泛的用途。本設計采用 FPGA 來設計制作多功能信號發(fā)生器。該信號發(fā)生器可以產(chǎn)生鋸齒波、三角波、方波等波形。關(guān)鍵詞 信號發(fā)生器； Quartus II; Matlab ；一 . 緒論信號

2、發(fā)生器亦稱函數(shù)發(fā)生器，作為實驗用信號源，是現(xiàn)今各種電子電路實驗設計應用中必不可少的儀器設備之一。 目前， 市場上常見的波形發(fā)生器多為純硬件的搭接而成，且波形種類有限，多為鋸齒、 正弦、方波、三角等波形。70 年代前，信號發(fā)生器主要有兩類：正弦波和脈沖波。產(chǎn)生其它波形時，需要采用較復雜的電路和機電結(jié)合的方法。這個時期的波形發(fā)生器多采用模擬電子技術(shù)，電路尺寸大、價格貴、功耗大，復雜信號其波形電路結(jié)構(gòu)非常復雜。后來，微處理器出現(xiàn)，波形發(fā)生器多以軟件為主，實質(zhì)是采用微處理器對DAC的程序控制以得到各種簡單的波形。90 年代以來, 隨著基礎(chǔ)電路制造工藝的逐步提高, 通過采用先進的工藝和低功耗的設計,DD

3、S 的工作速度有了很大的提高并廣泛應用到各種信號發(fā)生器中。其中以AD公司的產(chǎn)品如AD7008， AD9850， AD9851，AD9858等比較具有代表性。其系統(tǒng)時鐘頻率從30MHz到 1GHz不等。這些芯片還具有調(diào)制功能，如 AD7008可以產(chǎn)生正交調(diào)制信號，AD9852 也可以用來產(chǎn)生PSK， FSK，線性調(diào)頻以及幅度調(diào)頻的信號。芯片內(nèi)部大都采用了流水技術(shù)的優(yōu)化設計，提高了相位累加器的工作頻率，進一步提高了DDS芯片的輸出頻率。運用 DDS技術(shù)生產(chǎn)的DDS任意波形信號發(fā)生器是較新的一類信號源并已經(jīng)廣泛投入使用。它不僅能產(chǎn)生傳統(tǒng)信號發(fā)生器能產(chǎn)生的正弦波，方波，三角波，鋸齒波等，還能夠產(chǎn)生任意

4、編輯的波形。由于DDS的自身特點，還可以很容易產(chǎn)生一些數(shù)字調(diào)制信號如PSK，F(xiàn)SK 等，一些高端的信號發(fā)生器甚至能夠產(chǎn)生通信信號。 信號發(fā)生器輸出波形的頻率分辨率和頻率精度等指標也有了很大提高?；?DDS設計的信號發(fā)生器將是未來信號發(fā)生器設計的主流。近幾年，國際上波形發(fā)生器技術(shù)發(fā)展主要體現(xiàn)在以下幾個方面：A. 過去由于頻率很低應用的范圍比較狹小，輸出波形頻率的提高，使得波形發(fā)生器能應用于越來越廣的領(lǐng)域。波形發(fā)生器軟件的開發(fā)正使波形數(shù)據(jù)的輸入變得更加方便和容易。B. 由于 VXI 總線的逐漸成熟和對測量儀器的高要求，在很多領(lǐng)域需要使用VXI 系統(tǒng)測量產(chǎn)生復雜的波哈爾濱工業(yè)大學課程設計結(jié)題報告形

5、， VXI 的系統(tǒng)資源提供了明顯的優(yōu)越性。但VXI 模塊開發(fā)周期長，需要專門VXI 機箱的配套使用，因此波形發(fā)生器VXI 模塊僅限于航空、軍事及國防等大型領(lǐng)域。C. 隨著信息技術(shù)蓬勃發(fā)展，臺式儀器又重新繁榮起來。新一代臺式儀器具有多種特性，可以執(zhí)行多種功能。而且外形尺寸與價格，都比過去的類似產(chǎn)品減少了一半。二 .四種基本波形1.1模塊建立基本波形模塊的核心是ROM表， ROM表內(nèi)部存儲了每個相位經(jīng)過計算后相應的幅度值，即把計算得到的幅度值存儲成“.mif ”格式的文件，再調(diào)用QuartusII提供的 ROM塊，經(jīng)過設置就可以設計所需要的ROM。1.2原理圖1.3頂層文件library ieee

6、;use ieee.std_logic_1164.all;use ieee.std_logic_unsigned.all;entity signal isport (clk,reset: in std_logic;sel: in std_logic_vector(1 downto 0);q:out std_logic_vector(7 downto 0);end entity;architecture signal_arc of signal iscomponent sin isport (clk,reset: in std_logic;q0: out std_logic_vector(7 d

7、ownto 0);end component;component stw isport (clk,reset: in std_logic;q1: out std_logic_vector(7 downto 0);哈爾濱工業(yè)大學課程設計結(jié)題報告end component;0);component tri isq:out std_logic_vector(7 downto 0) );port ( clk,reset: in std_logic;end component;q2: out std_logic_vector(7 downto 0);signal y0,y1,y2,y3:std_logi

8、c_vector(7 downto 0);end component;begincomponent qua isu0: sin port map(clk=>clk,reset=>reset,q0=>y0);port (clk,clr: in std_logic;u1: stw port map(clk=>clk,reset=>reset,q1=>y1);q3: out std_logic_vector(7 downto 0);u2: tri port map(clk=>clk,reset=>reset,q2=>y2);end compone

9、nt;u3: qua port map(clk=>clk,clr=>reset,q3=>y3);componentchoose isu4:chooseportport (sel: in std_logic_vector(1 downto 0);map(sel=>sel,d0=>y0,d1=>y1,d2=>y2,d3=>y3,q=>q);d0,d1,d2,d3: instd_logic_vector(7 downtoend signal_arc;2.1正弦波程序 :LIBRARY IEEE;USE IEEE.STD_LOGIC_1164.AL

10、L;USE IEEE.STD_LOGIC_UNSIGNED.ALL;ENTITY SINGT ISPORT ( CLK: IN STD_LOGIC;DOUT : OUT STD_LOGIC_VECTOR(7 DOWNTO 0);END;ARCHITECTURE DACC OF SINGT ISCOMPONENT data_romPORT(address:INSTD_LOGIC_VECTOR(5DOWNTO 0);inclock :IN STD_LOGIC ;q:OUTSTD_LOGIC_VECTOR(7END COMPONENT;SIGNALQ1:STD_LOGIC_VECTOR(5DOWNT

11、O 0);BEGINPROCESS(CLK)BEGINIF CLK'EVENT AND CLK = '1' THEN Q1<=Q1+1;END IF;END PROCESS;u1:data_romPORTMAP(address=>Q1,q=>DOUT,inclock=>CLK);END;DOWNTO 0);哈爾濱工業(yè)大學課程設計結(jié)題報告2.2Quartus II 正弦波仿真波形3.1鋸齒波程序 :LIBRARY ieee;USE ieee.std_logic_1164.all;LIBRARY altera_mf;USE altera_mf.all

12、;ENTITY stw ISPORT(address: IN STD_LOGIC_VECTOR (8 DOWNTO 0);clock: IN STD_LOGIC:= '1'q: OUT STD_LOGIC_VECTOR (9 DOWNTO 0);END stw;ARCHITECTURE SYN OF stw ISSIGNALsub_wire0:STD_LOGIC_VECTOR(9DOWNTO 0);COMPONENT altsyncramGENERIC (address_aclr_a: STRING;clock_enable_input_a: STRING;clock_enab

13、le_output_a: STRING;init_file: STRING;intended_device_family: STRING;lpm_hint: STRING;lpm_type: STRING;numwords_a: NATURAL;operation_mode: STRING;outdata_aclr_a: STRING;outdata_reg_a: STRING;widthad_a: NATURAL;width_a: NATURAL;width_byteena_a: NATURAL );PORT (address_a:IND_LOGIC_VECTOR(8 DOWNTO 0);c

14、lock0: IN STD_LOGIC ; q _a:OUT STD_LOGIC_VECTOR (9 DOWNTO 0);END COMPONENT;BEGINq <= sub_wire0(9 DOWNTO 0); altsyncram_component : altsyncramGENERIC MAP (address_aclr_a => "NONE",clock_enable_input_a => "BYPASS",clock_enable_output_a => "BYPASS",init_file =&

15、gt; "stw.hex",intended_device_family => "Cyclone III",lpm_hint=>"ENABLE_RUNTIME_MOD=NO",lpm_type => "altsyncram",numwords_a => 512,operation_mode => "ROM",outdata_aclr_a => "NONE",outdata_reg_a => "UNREGISTERED&quo

16、t;,哈爾濱工業(yè)大學課程設計結(jié)題報告widthad_a => 9,clock0 => clock,width_a => 10,q_a => sub_wire0 );width_byteena_a => 1)END SYN;PORT MAP (address_a => address,3.2Quartus II 鋸齒波仿真波形4.1三角波程序:library ieee;if tmp2="11111110" thenuse ieee.std_logic_1164.all;use ieee.std_logic_unsigned.all;enti

17、ty tri isport (clk,reset: in std_logic;q2: out std_logic_vector(7 downto 0);end entity;architecture tri_arc of tri issignal m2:integer range 0 to 7;signal tmp2:std_logic_vector(7 downto 0);beginprocess(clk,reset)variablea: std_logic:='0'beginif reset='0' thenm2<=0;elsif clk'ev

18、ent and clk='1' thenif m2=7 then m2<=0;if a='0' thentmp2<="11111111"-向上的鋸齒波a:='1'else tmp2<=tmp2+1;end if;elseif tmp2="00000001" thentmp2<="00000000"a:='0'elsetmp2<=tmp2-1;end if;end if;else m2<=m2+1;end if;end if;q2<

19、=tmp2;end process;end tri_arc;哈爾濱工業(yè)大學課程設計結(jié)題報告4.2Quartus II 三角波仿真波形:5.1方波程序 :library ieee;elseuse ieee.std_logic_1164.all;cnt:=0;use ieee.std_logic_unsigned.all;t<=not t;entity qua isend if;port(clk,clr: in std_logic;end if;q3: out std_logic_vector(7 downto 0);end process;end entity;process(clk,t)

20、architecture qua_arc of qua isbeginsignal t: bit;if clk'event and clk='1' thenbeginif t='1' thenprocess(clk,clr)q3<="11111111"variablecnt: integer range 0 to 63;elsebeginq3<="00000000"if clr='0' thenend if;t<='0'end if;elsif clk'ev

21、ent and clk='1' thenend process;if cnt<63 then cnt:=cnt+1;end qua_arc;5.2Quartus II 方波仿真波形:哈爾濱工業(yè)大學課程設計結(jié)題報告三 . 調(diào)制波形的 Matlab 仿真1.1AM 調(diào)制波形AM調(diào)制信號的時域表達式可以表示為：SAM (t ) m0m '(t )cos(ct ) 。由此可以將一個周期的cos( ct ) 和幅度都進行一定量化，由存儲四種基本波形的ROM 提供載波信號和基帶信號。1.2Matlab 下 AM 調(diào)制仿真波形AM調(diào)制信號及其包絡43210-1-2-3-400.

22、511.522.533.544.55t2.1FM 調(diào)制波形FM調(diào)制信號的時域表達式表示為：tnTamTsSFM (t) cos cK FMx()d cos c ( nTamTs ) K FMx( )d 00cos 2nl m 1nl m 122NK (nlm)KFMx( pT )T cosNKK FM Ts x( pTs ) 2Ns sp 022p 0其中，l Ta / Ts， K 是頻率控制字，K FM是調(diào)制指數(shù)，K02N KT / 2FM s2.2Matlab 下 FM 調(diào)制仿真波形哈爾濱工業(yè)大學課程設計結(jié)題報告10.5度0幅-0.5-100.050.10.150.20.250.3FM調(diào)制

23、波形3.1ASK 調(diào)制波形SASK (t) S(t) cos( ct )an g(tnTs )cos( c t)0 的概二進制 ASK時域正交表達式為：n，其中 an率是 P， an1的概率是 1 P3.2Matlab 下 ASK 調(diào)制仿真波形NRZ 碼10.50-0.5-10510152025303540452ASK調(diào)制波形10.50-0.5-10510152025303540454.1FSK 調(diào)制波形SFSK ( t)an g (tnTs )cos( 1t n )n二進制 FSK 調(diào)制波形的時域正交表達式：an g( tnTs )cos(2 tn )n4.2Matlab 下 FSK 調(diào)制仿真波形哈爾濱工業(yè)大學課程設計結(jié)題報告NRZ 碼10-10510152025303540451碼的調(diào)制波形10-10510152025303540450碼的調(diào)制波形10-10510152025303540452FSK波 形10-10510152025303540455.1PSK 調(diào)制波形PSK調(diào)制波形時域正交表達式