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基于
FPGA
脉宽调制设计
学院<
/p>
：
电子信息工程学院
姓名
：
学号
指导老师
：
日
期
：
1.1
选题背景与研究意义
1.1.1
信号发生器的实现技术
信号发生器是
电子测试设备中的一种，它用来产生不同类型、不同频率、不
同幅度的电子波形，
广泛应用于电子设备的研发、
测试和维修。
它
产生的典型波
形有正弦波、方波、三角波和锯齿波。
传统的信号发生器运用的是模拟技术，
它的实现方法是将正弦波与某一电
平
作比较，
比较器的输出即方波，
通过
调节待比较的电平即可产生占空比不同的方
波，
再对方波做积分
和微分便可产生三角波，
而锯齿波的产生基于对电容的充电，
然
后通过开关放电实现。
模拟信号发生器技术的关键在于正弦波
的产生。早期的技术都是基于谐振
法，
之后又出现了基于锁相环
技术的信号发生器。
随着电子技术的不断发展和直
接数字频率合
成技术（
Direct Digital Synthesizer
）的提出，一种新的信号产生方
法正在被广泛应用，这种方法就是
< br>DDS
技术。
信号发生器的数
字实现方法有两种，一种是运用专用集成电路（
ASIC
）信<
/p>
号产生芯片，如
ADI
公司的
AD9850
，另一种是运用可编程逻辑器件（
F
PGA
）。
1.1.2
研究背景及研究意义
在现代电子系统
中，
信号发生器是重要的组成部分之一。
在信号传输、
通信
电子、电力载波、电子对抗等众多领域被广泛使用。比如，在广播传
输系统中，
高频信号需要作为载波发射，
在这里就需要一个能产
生高频的信号发生器。
在工
业、生物医学等领域，如超声诊断、
核磁共振等，都需要特定频率、特定功率的
信号发生器。
本设计是直接数字频率合成技术与可编程逻辑器件的结合，首先，利用
Verilog
HDL
语言完成了
DDS
信号发生器的
RTL
描述，其次
，使用
Altera
公司
出品的
Quartus
II
11.0
进行模块化设计和仿真。
Quartus
II<
/p>
是
Altera
公司提供的
EDA
集成开发环境，其人机界面友好，特别适用于
FPGA
初学者。与
EDA
软件
配合的是
Cyclone
II
EP2C5Q208C8
开发板，体积小巧，功能丰富，非常适合用
于
DDS
的设计。
1.2
信号发生器功能
1.2.1
信号发生器的功能
作为基本功能，<
/p>
信号发生器要具有产生正弦波、
方波、
三
角波和锯齿波的能
力；设计说明书如下：
①
通过拨码开关实现输出
SPWM
。
②
当拨码开关同时为“
0
”时，输出
SPWM
。<
/p>
③
当拨码开
关分别为“
0
”“
1
< br>”时，输出正弦波和锯齿比较后波形。
④
当拨码开关分别为“
1
”“
0
”时，输出频率改
变的方波。
⑤
当拨码开关同时为“
1
”时，通过某一按键开关切换输出波
形的类型，类
型在正弦波、三角波和锯齿波之间切换。
1.3
信号发生器数字部分的设计
1.3.1
波形
ROM
设计
作为一款
DDS
信号发生器，
ROM
的设计很重要。本文的
ROM
模块调用了
Quartus
自带的
IP
核
ROM:1-PORT
，在调用之前，需先准备好
< br>ROM
的初始化文
件，
Alte
ra
的
FPGA
的
ROM
初始化文件的后缀名为
.mif
（
memory initialized file
）<
/p>
，
格式如下：
DEPTH =128;
WIDTH =8;
ADDRESS_RADIX = DEC;
DATA_RADIX = DEC;
CONTENT
BEGIN
[
数据
]
END;
生成
ROM
模块的过程如下：
打开
“MegaWizard
Plug
-
In
Manager”
，点击
“Create a new
custom megafunction
variation”
，在弹出的对话框中展开
“Memory
Compile
r”
列表，在展开的列表中选
择
“RO
M:1
-
PORT”
，点击
“
下一步
”
，在
“How wide should the ?q? output bus be ?”
右
侧选择
8
位，在
“How
ma
ny
10-
bit
words
of
memory
?”
右侧选择数据容量为
128
个。点击两次
“
下一步
”
，选择生成
的
mif
文件，再点击两次
“
下一步
”
，在对话框
中
把
“
生成
bsf
文件
”
勾上。
最后点击
“
结束
”
，便完成了
ROM
的调用。生成的
symbol
如图所示。
ROM
的
symbol
正弦
ROM
模块的仿真波形如图所示。
ROM
模块仿真波形
正弦
ROM
模块例化代码如下：
正弦波的
symbo
l
如图所示。
正弦波，方波，锯齿波，三角波生成模块的
< br>SignalTap
抓取波形如图所示。
1.3.2
分频模块设计
晶振的输出频率为
50 MHz
，
为显示
SPWM
波形，
这时就有必要对输入时钟
进行分频了。分频模块的关键代码如下：
< br>
正弦波的
symbol
如图所示。
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