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基于FPGA的波形合成与设计

王明  
【摘要】:由于当今电子技术的快速进步,在一些领域内所需的信号越来越复杂,单一的信号合成已经不能满足人们的需要,为此人们开始关注于一些复杂的信号,以此来满足不同领域的需求。首先,本课题对传统频率合成器以及直接数字频率合成器(DDS)的原理进行了说明,并对它们各自的优缺点进行简要的分析,总结了 DDS的工作特点、频谱分析,并着重对非理想情况下的杂散进行了深入的解析。其次,随着现场可编程门阵列(Field—Programmable Gate Array)的高速发展,人们越来越关注其应用。因此本文对FPGA的发展过程、硬件的开发环境、硬件描述语言(主要是VHDL语言和Verilog HDL语言)以及FPGA的开发流程进行了详细的介绍。本文在深入研究直接数字频率合成技术的基础上,通过VHDL硬件描述语言对DDS的构成部分进行了设计,并且通过DDS技术产生了不同的波形。该技术可以生成正弦波、锯齿波、方波、三角波等四种普通信号,在物理实验室中经常遇见的李萨如图形,电力电子技术中的控制信号SPWM波,以及模拟调制波中的AM、FM、PM波形,并且对各自的工作原理和数学模型进行了详细说明。通过Quartus II软件设计了它们各自的模块并实现模块化,并对各个波形模块进行了仿真。最后,将完成的各个模块下载到FPGA芯片中进行验证。最后,通过对波形合成的验证,以及示波器显示的各种波形形状与其相应的原理产生的波形基本相似,表明了该方案的可行性。


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