基于CPLD的三相多波形函数发生

毕业设计开题报告基于CPLD的三相多波形函数发生器系别：班级：学生姓名：指导教师：20年月日毕业设计开题报告课题题目基于CPLD的三相多波形函数发生器课题性质ABCDE□□■□□课题来源ABCD□□■□成果形式ABCDE□■■□■同组同学无见附页指导教师意见（课题难度是否适中、工作量是否饱满、进度安排是否合理、工作条件是否具备等）指导教师签名：月日专家组及系里意见（选题是否适宜、各项内容是否达到毕业设计（论文）大纲要求、整改意见等）专家组成员签字：教学主任（签章）：月日基于CPLD的三相多波形函数发生器的设计1主要技术指标设计制作一个基于CPLD的三相多波形函数发生器，能输出正弦波、三角波、方波等波形的信号源电路。a.对正弦波信号的要求为：信号频率范围：20Hz-20kHz之间可调，步长为10Hz；频率稳定度：优于1/10000；非线性失真系数≤3%。b.对方波信号的要求是：信号频率范围：20Hz-20kHz；上升和下降时间1µs；c.对三角波信号的要求为：信号频率范围：20Hz-20kHz之间可调。d.对以上三种频率均要求：产生的频率都可以预置；要求负载为600Ω时，输出信号的幅值大于3V；输出的信号幅值能在100mv~3V的范围内调整，步长为100mV。以上三种波形之间的相位差均为120°。2工作思路数字直接频率合成(DirectDigitalSynthesis)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。DDS频率转换速度快，频率分辨率高，并在频率转换时可保持相位的连续，因而易于实现多种调制功能。DDS是全数字化技术，其幅度、相位、频率均可实现程控，并可通过更换波形数据灵活实现任意波形。数字直接频率合成（DDS）是产生正弦波、方波、矩形波和三角波等比较理想的方法，可以通过软件和硬件实现，即首先将构成波形的数据编程存入EPROM中，然后再利用累加器按照频率要求相对应的相位增量作累加，再以累加器的相位值为地址码，读取存储器中的波形数据，经过D/A变换和滤波后得到波形信号输出。CPLD的内部结构首先由控制寄存器将外部控制器送入的数据转换为频率和幅度控制字；然后再由分频器根据频率控制字进行分频并将输出作为寻址计数器的时钟；寻址计数器的寻址空间为360字节，由于寻址空间为360字节，故在输出寻址数大于360时，须对360取模。通过模360加法器可以产生120°的相位差。模360加法器设计这个模块是用来产生120°的相移，以形成三相相差为120°的输出波形。CPLD幅度控制字经D/A转换输出后，可作为查找表输出DAC的参考电压，该参考电压可通过改变幅度控制字来进行改变，从而改变输出信号的幅度。控制寄存器的设计主要是将外部控制器输入的数据转换为频率和幅度控制字。分频比可变的分频器模块的设计主要是根据频率控制字决定分频倍数，从而输出与频率控制字相对应的频率时钟，此模块的输出可作为寻址计数器的时钟。寻址计数器主要用于产生对ROM寻址输出波形数据的寻址信号，其寻址空间为360字节。可对ROM中的查找表进行寻址，查找表ROM设计这个模块主要用于存储各种波形数据，以便通过寻址计数器寻址输出并经D/A转换来输出各种波形，其中包括正弦波、三角波、方波以及锯齿波。此方案可以方便地输出多种三相波形，而且由于CPLD具有可编程重置特性，因而可以方便地改变控制方式或更换波形数据，而且简单易行，易于系统升级，同时具有很高的性价比。图1毕业设计流程图MAX+PLUSⅡ是第三代CPLD/FPGA开发系统，它界面友好，使用方便；设计者无须精通器件内部的复杂结构；可以采用多种设计输入方式建立设计项目。MAX+PLUSⅡ的在平台的操作菜单十分便于设计者运用这些模块完成较复杂的设计；MAX+PLUSⅡ具有门级仿真器，可以进行功能仿真和时序仿真，能产生精确的仿真结果。VHDL语言是一种硬件描述语言，它的全称为“超高速集成电路硬件描述语言”。VHDL中，被描述的电路或系统由实体和结构体两个部分组成。实体说明部分描述该电路或系统的接口信息，结构体部分则描述该电路或系统的内部结构、数据流或动作行为的情况，用它适配于模块的输入/输出，体现出实体端口的功能。实体和结构体相配合组成VHDL设计文件。一个设计实体可以包含一个或多个结构体，用于描述设计选定指标电子系统设电路板制作制样板整理文档资料鉴定工艺设实体的逻辑结构和逻辑功能。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，而且方便可靠，简单经济，系统易于扩展，同时可大大提高输出信号的带宽。以上介绍的是基于可编程逻辑器件CPLD和数字直接频率合成技术（DDS）的三相多波形函数发生器的基本原理，也就是进行本次设计工作的工作思路。图2CPLD的基本设计工作流程3课题的准备情况及进度计划在课题的准备中，我查阅了图书馆的相关书籍并上网搜寻了相关资料，了解了许多关于DDS与CPLD方面的信息，使自己的对这一课题的认识得到了提高，同时对制作此函数发生器有了很大信心。现在前期准备工作已基本完成。进度计划：在06~07学年下学期第十周以前完成。进度时间安排计划任务早进入阶段拟订设计目标，准备开题报告1~2周进行设计规划，确定设计具体步骤及方案3~5周用MUS+PLUSⅡ等软件编写所需程序6~8周下载程序并调试波形发生器9~10周准备毕业设计论文答辩设计准备和系统划分设计输入（HDL语言或波形图）编译并进行流程仿真适配前时序仿真适配器CPLD实现适配后仿真模型适配后时序仿真4主要参考文献[1]沈明山.EDA技术及可编程器件应用时训[M].北京：科学出版社.2003[2]付慧生.复杂可编程逻辑器件与应用设计[M].北京：中国矿业大学出版社.2003[3]李国洪，沈明山.可编程器件EDA技术与实践[M].北京：机械工业出版社.2004[4]陈赜.CPLD/FPGA与ASIC设计实践教程[M].北京：科学出版社.2004[5]蔡明生.电子设计[M].北京：高等教育出版社.2003[6]李东升.电子设计自动化与IC设计[M].北京：高等教育出版社.2004[7]李洋.EDA技术实用教程[M].北京：机械工业出版社.2005[8]张秀娟，陈新华等.EDA设计与仿真实践[M].北京：机械工业出版社.2004[9]尹常永.EDA技术与数字系统设计[M].陕西：西安电子科技大学出版社.2003[10]潭会生，张昌凡等.EDA技术与应用（第二版）[M].陕西：西安电子科技大学出版社.2004[11]王祖强.电子实际自动化（EDA）技术实验教程[M].山东：山东大学出版社.2003[12]朱正伟.EDA技术及应用[M].北京：清华大学出版社.2004[13]刘艳萍，高振斌等.EDA实用技术及应用[M].北京：国防工业出版社.2005[14]焦素敏.EDA应用技术[M].北京：清华大学出版社.2004[15]潘松，黄继业.EDA技术与VHDL[M].北京：清华大学出版社.2003摘要直接数字频率合成(DirectDigitalSynthesis，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+plusII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+plusIIABSTRACTDirectdigitalfrequencysynthesize(DDFS)isarecentlyandrapidlydevelopedtechnologywhichfeatureshighfrequencyresolution．ThispaperbrieflyintroducesthebasicprincipleofDDS.ThebasicprincipleandperformanceofCPLDchip．ThenitmainlydescribeshowtouseCPLDchiptodesignafunctiongeneratorofhighaccuracy．Theprincipleofthree-phasemulti-signalgeneratorbasedonCPLDandDDStechnologyisintroduced．Basedonthese，themodulesofCPLDdesignaregiven．Themulti-wavesignalgeneratorisdesignedbasedonprogram-mablelogicalcomponentCPLD．TheVHDLprogrammingrealizationandtheMAX+plusIIdevelopmentplatform.BesidesthecrystaloscillatorandtheA/Dtransformation，theentiresystemcompletelyintegratesontheCPLDchip．Themulti-wavesignalgeneratormayoutputthesine-wave，thetriangle-wave，thesquare-wave．Thendownloadedunderthesituationwhichtheentiresystemhardwareconnectsdonotchange，andfinallyoutputthespecialprofilewhichuserneeds．Themulti-wavesignalgeneratorgenerateswavewhichtheconventionalfunctionsignalgeneratorscan’tmake．MoreoverbecauseoftheprogrammableresetfeatureoftheCPLD，thegeneratorcanchangethewavedataconvenientlyandpracticeeasily．ThewholedesignrealizesbytheVHDLprogrammer．Itsdesignprocesshassimplefeature，easymodificationandhightransportation．Keywords：SignalGeneratorDesign；Three-phase；VHDL；CPLD；MAX+plusII目录1引言.................................................................................................................................12基于CPLD的三相多波形函数发生器设计......................................................................32.1波形发生器系统的设计方法及其技术指标............................32.1.1设计方式概述.....................................................................