基于FPGA的波形发生器的设计

,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,基于的脉宽调制的设计,指导老师：苏林,答 辩 人：高华昆,论文框架,1,2,3,信号发生器的设计过程,波形仿真,课题背景,课题背景,现场可编程门阵列(Field Programmable Gate Arrays，FPGA)是一种可编程使用的信号处理器件，用户可通过改变配置信息对其功能进行定义，以满足设计需求，与传统数字电路系统相比，FPGA 具有可编程、高集成度、高速和高可靠性等优点，通过配置器件内部的逻辑功能和输入/输出端口，将原来电路板级的设计放在芯片中进行，提高了电路性能，降低了印刷电路板设计的工作量和难度，有效提高了设计的灵活性和效率。,本设计是直接数字频率合成技术与可编程逻辑器件的结合，首先，利用Verilog HDL语言完成了DDS信号发生器的RTL描述，其次，使用Altera公司出品的Quartus II 9.0进行模块化设计和仿真。,PWM的全称是Pulse Width Modulation（脉冲宽度调制），它是通过改变输出方波的占空比来改变等效的输出电压。广泛地用于电动机调速和阀门控制，比如电动车电机调速就是使用这种方式。,所谓SPWM，就是在PWM的基础上改变了调制脉冲方式，脉冲宽度时间占空比按正弦规律排列，这样输出波形经过适当的滤波可以做到正弦波输出。它广泛地用于直流交流逆变器等，比如高级一些的UPS就是一个例子。三相SPWM是使用SPWM模拟市电的三相输出，在变频器领域被广泛的采用。,信号发生器的设计过程,设计规划,根据设计思路，信号发生器的结构框图如图,3-1,所示。它由信号产生，信号控制，,D/A,转换三部分组成。,信号产生,信号控制,D/A,转,时钟信号,选择信号,输,出,信号产生模块,产生所需要的各种信号，这些信号的产生可以有多种方式，如用计数器直接产生输出，或者产生寄存器的地址，再存储器中存放信号输出的数据。,信号发生器的控制模块可以用数据选择器实现，用2选4数据选择器实现信号的选择。,信号控制模块,SignalTap,抓取波形,最后通过,SignalTap,对波形进行抓取，仿真出各种波形类型。,用verilog语言依次设计出,锯齿波模块,三角波模块,正弦波模块,方波模块,控制模块,波形verilog代码,module ju(,input clk, /*clock input*/,input rst_n, /*async reset ,active low*/,input en,output 7:0 q4 /*data output from ROM*/,);,/*ROM instance*/,wire 6:0 addr;,ROM4P ROM4P_inst (,.address ( addr ),.clock ( clk),.q ( q4),);,/*address generate*/,reg 6:0 cnt;,always(posedge clk or negedge rst_n),begin,if(!rst_n),cnt = 7d0;,else if(en),cnt = cnt+7d1;,else,cnt=cnt;,end,assign addr = cnt;,endmodule,仿真波形图,锯齿波仿真图,仿真结果分析,在这个仿真图中，可以看到当en为高电平的时候，出现一个,clk,时钟脉冲的上升沿开始计数，当增到255时等下一个脉冲来时将又跳回,0,，然后每来一个脉冲就加一次，直到加到255，依次重复，如图所示，波形将会以递增锯齿波的规律变化,。,三角波模块仿真图,仿真结果分析,在这个仿真图中，可以看到当en为高电平的时候，出现一个,clk,时钟脉冲的上升沿开始计数，从,0,增到,1,，然后每来一个脉冲就增一次，直到增到,255,，等下一个脉冲到临时将有从255减到251，然后每来一个脉冲就减一次，直到减到,0,，依次重复，如图所示，波形将出现三角波的规律变化。,正弦波波仿真图,仿真结果分析,在这个仿真图中，可以看到当en为高电平的时候，出现一个,clk,时钟脉冲的上升沿开始计数，图中的数据将根据列表中所查到的数据按照一定的规律显示。如图所示，波形将出现正弦波的规律变化。,方波仿真图,仿真结果分析,在这个仿真波形图中，可以看到当en为高电平的时候，出现一个,clk,时钟脉冲的上升沿计数，从,0,跳到255，等下一个脉冲来临时有从255跳到,0,，依次重复，如图所示，波形将以方波的规律变化。,总原理图仿真图,选择锯齿波的波形仿真图,选择三角波的波形仿真图,正弦波的波形仿真图,SPWM波形仿真图,数据选择与比较器代码,选择递增锯齿波的波形仿真图,仿真结果分析,在这个仿真波形图中，可以看出当,K,2为,0,，,K1,、,K,3、SEL1 SEL2均为,1,时，选择递增锯齿波。则输出锯齿波的规律变化,。,SignalTap抓取锯齿波形,三、选择三角波的波形仿真图,仿真结果分析,在这个仿真波形图中，可以看出当,K,1为,0,，,K,2、,K3,均为,1,sel1 sel2均为1,时，选择三角波。则输出呈三角波的规律变化,SignalTap抓取三角波形,四、正弦波的波形仿真图,仿真结果分析,在这个仿真波形图中，可以看出当,K,2为,0,，,K,1、,K,3、sel1 、sel2均为,1,时，选择正弦波。则输出呈正弦波的规律变化。,SignalTap抓取正弦波波形,五、SPWM的波形仿真图,仿真结果分析,在这个仿真波形图中，可以看出当SEL1、SEL2、均为,0,时，选择方波。则输出呈方波的规律变化。,SignalTap抓取SPWM波形,总,顶层,的设计,谢谢！,