波形发生器

【波形发生器】是一种电子仪器，用于生成各种电信号，包括正弦波、三角波等标准波形，以及任意波形。在本设计中，波形发生器是基于FPGA（Field-Programmable Gate Array）实现的，这是一种可编程逻辑器件，能够灵活地配置以实现特定的电路功能。 设计目标主要包含以下几点： 1. 利用FPGA技术设计波形发生器，FPGA的优势在于它可以实现复杂的逻辑功能，并且能够根据需求进行重新配置。 2. 实现波形幅度与频率的可调性，对于三角波和正弦波，用户可以自由调整它们的幅度和频率。 3. 通过键盘输入，用户能够控制输出波形的类型、幅度和频率，增加了使用的灵活性和便利性。 4. 拓展方案是进一步改进设计，使得波形发生器能够产生更多种类的、幅度和频率可控的任意波形。 在软件设计过程中，采用了VHDL（Very High Speed Integrated Circuit Hardware Description Language）硬件描述语言，这是一种国际标准，用于逻辑设计。VHDL允许设计者自顶向下、基于库的方式描述硬件，支持同步、异步电路以及FPGA设计。软件设计分为三个主要进程：正弦波/三角波切换进程、频率幅值设置进程和波形数据ROM。波形数据ROM中存储了生成波形所需的采样点数据，通过改变采样点间的时间间隔△t来调整波形的频率。 波形发生原理依赖于数字采样，通过固定数量（N）的离散幅值点来表示一个周期的波形。周期T等于N个采样点间隔△t的总和。要改变频率，只需调整△t，而N保持不变，从而改变整个周期T，频率与周期T成反比。例如，较小的△t对应较高的频率，较大的△t则对应较低的频率。 波形发生模块由幅度设置、正弦波/三角波切换和频率设置三个子模块组成。幅度设置模块允许设定输出波形的幅度，正弦波/三角波切换通过键盘输入选择输出波形类型，频率设置则通过改变采样点间隔来实现。 在程序设计中，使用了VHDL语言，给出了部分代码，展示了如何定义输入（如时钟、复位、幅度设置和频率设置）以及如何控制输出波形的特性。通过仿真实验，如正弦波和三角波的仿真模块，可以验证设计的正确性和功能。 总结来说，这个基于FPGA的波形发生器设计是一个综合运用数字信号处理和FPGA技术的项目，它不仅提供了基本的正弦波和三角波生成功能，还支持用户自定义幅度和频率，以及扩展生成更多种类的波形，体现了FPGA在电子设计中的灵活性和强大功能。