基于 CPLD 的三相多波形函数发生器
The Design of Three Phase Multi——Signal Generator
Based on CPLD
摘 要
直接数字频率合成(Direct Digital Synthesis，DDS)是 20 世纪 60 年代末出现的第
三代频率合成技术，该技术从相位概念出发，以时域采样定理为基础，在时域中进行
频率合成，它以可编程逻辑器件(CPLD)作为控制及数据处理的核心，可将波形数据
用 D/A 转换器快速恢复。基于 CPLD 和 DDS 技术的函数发生器可以实现信号波形的
多样化，同时大大提高输出信号的带宽。
整个设计采用 MAX+ plus II 开发平台，VHDL 编程实现，基于可编程逻辑器件
CPLD 设计多波形信号发生器。用 VHDL 编程实现，其设计过程简单，极易修改，可
移植性强。系统以 CPLD 为核心，采用直接数字合成技术，辅以必要的模拟电路，构
成一个波形稳定，精度较高的函数信号发生器。系统的特色在于除晶体振荡器和 A/D
转换外，全部集成在一片 CPLD 芯片上，使系统大大简化。它可输出频率、幅度可调
的正弦波、三角波、方波。另外由于 CPLD 具有可编程重置特性，因而可以方便地更
换波形数据，且简单易行，带来极大方便。
关键词：信号发生器设计；三相；VHDL；CPLD；MAX+ plus II
ABSTRACT
Direct digital frequency synthesize(DDFS) is a recently and rapidly developed
technology which features high frequency resolution ． This paper briefly introduces the
basic principle of DDS. The basic principle and performance of CPLD chip．Then it mainly
describes how to use CPLD chip to design a function generator of high accuracy ． The
principle of three-phase multi-signal generator based on CPLD and DDS technology is
introduced．Based on these，the modules of CPLD design are given．
The multi-wave signal generator is designed based on program-mable logical
component CPLD ． The VHDL programming realization and the MAX+ plus II
development platform. Besides the crystal oscillator and the A/D transformation，the entire
system completely integrates on the CPLD chip ． The multi-wave signal generator may
output the sine-wave，the triangle-wave，the square-wave．Then downloaded under the
situation which the entire system hardware connects do not change，and finally output the
special profile which user needs．The multi-wave signal generator generates wave which
the conventional function signal generators can ’ t make ． Moreover because of the
programmable reset feature of the CPLD ， the generator can change the wave data
conveniently and practice easily ． The whole design realizes by the VHDL
programmer ． Its design process has simple feature ， easy modification and high
transportation．
Keywords：Signal Generator Design；Three-phase；VHDL；CPLD；MAX+ plus II
目 录
1 引 言..................................................................................................................................1
2 基于 CPLD 的三相多波形函数发生器设计.......................................................................3
2.1 波形发生器系统的设计方法及其技术指标.............................3
2.1.1 设计方式概述.................................................................................................3
2.1.2 三相函数多波形发生器技术指标................................................................5
2.1.3 三相波形发生器设计方法概述.....................................................................5
2.2 设计方案.........................................................6
2.2.1 三相函数发生器设计原理............................................................................6
2.2.2 多波形发生器的各个波形模块设计方式简介............................................9
2.3 调试部分........................................................12
2.3.1 CPLD 在使用中遇到的问题.......................................................................12
2.3.2 控制电路的调试..........................................................................................13
2.3.3 DAC 电路的调试...........................................................................................13
2.3.4 程序的调试................................................................................................13
2.3.5 硬件电路的调试..........................................................................................13
结 论....................................................................................................................................15
参考文献..............................................................................................................................16
附录 1 三相多波形函数发生器各模块的程序.................................................................17
附录 2 元件介绍.................................................................................................................23
1 DAC0832 ..........................................................23
2 LM324 ............................................................24
3 PM7128SLC84-15 芯片...............................................25
附录 3 电路原理图..............................................................................................................26
附录 4 英文资料及译文.....................................................................................................27
1
1 引 言
现代电子技术的核心技术是 EDA（Electronic Design Automation）。EDA 技术就
是依赖强大的电子计算机在 EDA 开发平台上，对硬件描述语言 HDL(Hardware
Description Language)系统逻辑描述手段完成的设计文件，自动的完成逻辑编译、逻
辑化简、逻辑分割、逻辑综合、结构综合（布局布线），以及逻辑优化和仿真测试，
直至实现既定的电子线路系统功能。EDA 技术使得设计者的工作仅限于利用软件的
方式，即利用硬件描述语言和 EDA 软件来完成对系统硬件功能的实现。
EDA 使得电子技术领域各学科的界限更加模糊，更加护为包容：模拟与数字、
软件与硬件、系统与器件、行为与结构、ASIC（Application Specific Integrated
Circuit,专用集成电路）与 FPGA（Field Programmable Gate Array）等。
EDA 技术在 21 世纪得到的很大进步，例如更大规模的 FPGA 和 CPLD
（Complex Programmable Logic Device）器件的不断推出；软硬件 IP 核(Intellectual
Property)在电子行业的产业领域、技术领域和设计应用领域得到进一步的确认；系统
级、行为验证级硬件描述语言(System C)的出现，使复杂电子系统和验证趋于简单。
硬件描述语言 VHDL[全名是 VHSIC(Very High Speed Integrated Circuit)
Hardware Description Language]是 EDA 技术的重要组成部分,由美国国防部发起创建，
由 IEEE (The Institute of Electrical and Electronics Engineers)进一步发展并发布，是硬
件描述语言的业界标准之一。
VHDL 语言具有很强的电路描述和建模能力，能从多个层次对数字系统进行建模
和描述，从而大大简化了硬件设计任务，提高了设计效率和可靠性。
VHDL 具有与具体硬件电路无关和与设计平台无关的特性，并且具有良好的电路
行为描述和系统描述的能力，VHDL 支持各种模式的设计方法：自顶向下与自顶向上
或混合方法，在面对当今电子产品生命周期缩短，需要多次重新设计以融入最新技术、
改变工艺等方面，VHDL 具有良好的适应性。
向器件作编程或适配习惯上叫做下载，这要通过下载软件平台或者下载电缆实现。
这是设计过程中的重要步骤，可以利用 MAX+PLUSⅡ软件在计算机上完成设计并下载
到目标器件中。EDA 工具软件大致可以分为 5 个模块：设计输入编辑器，仿真器，HDL
综合器，适配器，下载器等。
Direct Digital Synthesis(DDS)是 20 世纪 60 年代末出现的第三代频率合成技术。
该技术从相位概念出发，以时域采样定理为基础，在时域中进行频率合成，它以可编
程逻辑器件(CPLD)作为控制及数据处理的核心，将存于 Flash ROM 的波形数据用
