题       目   基于CPLD的多波形信号发生器设计                        
　　　　　　　　　
　　　　　　　学 生 姓 名                          
　　　　　　　
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　　　　　　　指 导 教 师                         
　　　　　　　
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　题目：基于CPLD的多波形信号发生器设计
一、选题的依据及课题的意义
　　随着电子技术的发展，电子测量技术领域、教学与科研领域的需求增长，传统波形发生器已越来越难以胜任如此高的需求。与传统波形发生器相比，基于CPLD的波形发生器具有准确性高、稳定、灵活、成本低、重复利用率高等优点，是波形发生器发展的大势所趋，具有广阔的市场前景。
　　现在，信号发生器带有微处理器，因而具备了自校、自检、自动故障诊断和自动波形形成和修正等功能，可以和控制计算机及其他测量仪器一起方便的构成自动测试系统。当前信号发生器总的趋势是向着款频率覆盖、低功耗、高频率、精度、多功能、自动化和智能化方向发展。在科学研究、工程教育及生产教育中常常需要用到低频信号发生器。而在我们日常生活中，以及一些科学研究中，锯齿波和正弦波、矩形波信号是常用的基本测试信号。信号发生器作为一种通用的电子仪器，在生产、科研、测控、通讯等领域都得到了广泛的应用。
　　现在的科学技术涉及各个领域，每个领域都有不同的信号类型要求，有低频的、高频的、正弦信号的、三角波信号、脉冲信号、各种调制信号、随机信号等各种信号类型，因此研究一个含有多波形信号发生器是很有意义的。
　
　
　
二、研究概况及发展趋势综述
　   波形发生器也称函数发生器，作为实验用信号源，是现今各种电子电路实验设计应用中必不可少的仪器设备之一。目前，市场上常见的波形信号发生器多为纯硬件的搭接而成，且波形种类有限。在科学研究和生产实践中，如工业过程控制，生物医学，地震模拟机械振动等领域常常要用到低频信号源。而由硬件电路构成的低频信号其性能难以让人满意。波形发生器是能够产生大量标准信号和用户定义信号，并保证高精度、高稳定性、可重复性和易操作性的电子仪器。
　    在70年代前，信号发生器主要有两类：正弦波和脉冲波。这个时期的波形发生器多采用模拟电子技术，而且模拟器件构成的电路存在着尺寸大、价格贵功耗大等缺点，并且要产生较为复杂的信号波形，电路结构非常复杂。在70年代后，微处理器的出现，可以利用处理器、A/D和D/A，硬件和软件使波形发生器的功能扩大。这时期的波形发生器多以软件为主，实质是采用微处理器对DAC的程序控制，就可以得到各种简单的波形。
　    二十一世纪，随着集成电路技术的高速发展，出现了各种工作频率可通过GHz的DDS芯片，同时也推动了波形发生器的发展，2003年，Agilent的产品33220A能够产生17钟波形，最高频率可达20M。与传统波形发生器相比，基于CPLD的波形发生器具有准确性高、稳定、灵活、成本低、重复利用率高等优点，是波形发生器发展的大势所趋。
　
　
　
　三、研究内容及实验方案
　研究内容：
　1、了解数字、模拟电路、通信系统知识；
　2、采用可编程逻辑器件设计电路，利用Protel设计电路原理图；
　3、采用VHDL语言编程相关程序；
　4、在QuartusⅡ环境下进行编译下载；
　5、构建实际电路并调试；
　实验方案:
　　　本课题用可编程逻辑器件设计一个多波形发生器，该波形发生器能产生递增斜波、递减斜波、阶梯波、正弦波、方波、三角波并由用户选择输出所需其中一种波形。
　总体设计：
　　　以CPLD(复杂可编程逻辑控制器) 为核心，利用VHDL语言实现其主要硬件设计，辅以必要的外围电路，即可以输出递增斜波、递减斜波、三角波、阶梯波、正弦波及方波等6种波形信号，电路结构简单、易于扩展，具有很大的灵活性。

　系统组成：
　　　从硬件方面来说，本系统主要由键盘控制、单片机、CPLD、系统时钟、频率及信号种类显示、D／A转换、幅度调节及输出模块8个模块组成。
根据波形发生器的功能要求，将CPLD模块分成9个小模块，每个模块分别对应输出一种波形或实现其他控制功能。可得到图2所示顶层电路图。其中每一模块都可以用VHDL语言实现。
　　　系统的工作过程如下：通过晶振发生器产生24MHz的时钟，经过芯片MAXII EMP570T100C5的12引脚给芯片提供系统时钟。时钟信号进入芯片后，有个分频的程序先对系统时钟进行4分频得到6MHz工作时钟，每个波形实体在工作时钟的驱动下分别得到所需的波形，同时通过与CPLD相连的I/O口送出信号生成控制数据。由于CPLD芯片输出的负载能力不大，需要经过放大隔离后送到波行变换级，经波形变换后缓冲输出所需的波形.
　　　
 

　
　四、目标、主要特色及工作进度
　1、完成一篇合格的毕业设计说明书；
　2、用可编程逻辑器件设计一个多波形发生器，该波形发生器能产生递增斜波、递减斜波、阶梯波、正弦波、方波、三角波；
　3、利用现有的物件完成事物电路；
　
　2.27-3.10   查找设计资料，论证设计方案；
　3.11-3.30   设计基本硬件电路框图；
　4. 1-4.15   完成硬件主电路的具体设计；
　4.16-4.30   完成系统每个模块电路的具体设计；
　5.16-5.31   完成整体系统的设计
　5. 1-5.15   完成软硬件的整体调试，进行实物的制作，调试；
5.16-5.31    撰写设计报告（论文），准备答辩。
　
　
　
　
　五、主要参考文献（按作者、文章名、刊物名、刊期及页码列出）
[1]. Timothy M. Rowan, and Russel J. Kerkman, A new synchronous current regulator and an analysis of current regulated PWM inverters[J], IEEE Transactions on IA,Vol.22, No.4 July/August 1986, 678-690.
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　[ 15]. 褚振勇.  FPGA 设计及应用[ M]. 西安：西安电子科技大学出版社, 2002.
　
　
　
　
　
　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　　指导教师                
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