基于FPGA的智能信号发生器的设计开题报告

1. 研究目的与意义（文献综述）

随着现在工业和技术的不断提高，传统的分离元件式模拟信号发生器频率稳定性低、可靠性差，已经不能满足实际应用的需要，所以就必须有频率稳定度性、精确度更高的信号发生器解决这个问题。为了避免传统通信信号发生器的信号发生技术带来的诸多不便，同时随着数字信号处理和集成电路技术的发展，直接数字频率合成技术（dds）被广泛的应用到信号发生器的发生和制作当中。在传统的模拟调制系统实现中，大多数是采用模拟乘法器加滤波器的方法来实现[9]，这样就造成了精度低、可控性差、抗干扰能力弱的特点。虽然，现有的一些主流商用数字频率合成也提供某些模拟调制的功能，但是，这种专用数字频率合成芯片把所有功能集中在一块芯片上,必然导致可控性不够灵活，而且性能会受到影响。这时如果能充分利用现场可编程门阵列(fpga)的可重复编程性[6]、资源的丰富性以及高速等性能，利用数字频率合成技术，可以实现一个高灵活性的、高可控性的模拟调制系统。能产生专用数字频率合成芯片所具备的单频连续波、非连续波、各种形式的线性调频信号。

本研究的目的和意义在于以下几方面:1)对fpga试验箱有所了解掌握实验箱上的各个模块的功能；2）掌握a/d和d/a电路设计、显示和键盘电路设计，学会用vhdl语言编程，掌握vhdl语言的语法和结构使用[3]；3）过本设计可以加强自己对vhdl语言、分频器、相位累加器、da转换、低通滤波器等许多知识的认识；4）设计的现实意义在于其具有频率转换快、分辨率高、频率合成范围宽、相位噪声低的优点；5）由于fpga集密度高，功耗低，体积小以及可靠性高等优点于一身，所以采用fpga实现数字信号发生器的设计，该数字信号发生器能够产生可调频率的正弦波、方波、三角波和锯齿波。

2. 研究的基本内容与方案

本次研究的主要内容是：在fpga实验平台上采用vhdl硬件描述语言设计一台智能信号发生器，内容包含a/d和d/a电路设计、显示和键盘电路设计；要求设计实现的信号发生器输出信号类型包括方波、矩形波、三角波和正弦波，输出方波的频率范围1hz~1mhz，正弦波、三角波频率范围10hz~100khz，输出信号波形没有明显失真。

初步拟定实现此功能的方法为可编程逻辑门阵列fpga实现直接数字频率合成（dds）。重点掌握dds技术在fpga中的实现方法，系统硬件电路设计主要包括：fpga单元、d\a转换电路、滤波电路、键盘和显示电路等[9]。软件设计主要包括信号产生模块、频率控制模块、波形选择模块等。然后在进行系统调试。fpga函数信号发生器用直接数字频率合成技术，使之具有以下优点：1)频率切换速度快；2)输出相位噪声低；3)可以产生任意波形；4)全数字化实现，便于集成，体积小，重量轻；5)灵活的接口和控制方式；6)比专用芯片功耗也低[8]。

3. 研究计划与安排

第1~3周：查阅相关文献资料；在明确设计内容的基础上撰写并提交开题报告；

第4~6周：学习并掌握vhdl相关知识和基于fpga的设计技能，确定系统整体实现方案；

第7~12周：完成系统涉及的硬件电路与软件设计；

4. 参考文献（12篇以上）

[1]李君华.基于fpga的信号发生器[j].数字技术与应用,2015(1):78-79

[2]姚琴琴,谢锐,崔丽丽.基于fpga的信号源的设计[j].电子科学技术,2015(03):278-281

[3]孔德鹏,毛惠丰,姬占涛.一种基于fpga的信号发生器研究与设计[j].微处理机,2015(1):1-4