波形发生器设计waveformgeneratordesign(附件)【字数：13586】
摘 要摘 要数字电子技术和互联网计算机技术已经广泛的应用于各行各业，例如医疗、教育、军事国防、社会生活等领域。运用电子技术设计应用已经成为现代社会的核心趋势，因此把这种技术称为EDA技术。其最主要的技术组成部分是硬件描述语言VHDL，硬件描述语言VHDL是当代社会应用在各种设计中最火热的硬件描述语言之一，这种编程语言具有较好的可移植性以及可读性等特点，并广发应用于电子设计之中。波形发生器已成为现代测试领域应用最为广泛的通用仪器之一。本设计主要是利用硬件描述语言VHDL设计一个波形发生器，波形发生器根据设计所设定的初始输入信号，可以输出可选择的频率和幅度波形。正弦波、方波、三角波、阶梯波、锯齿波、递增波、递减波这7种波形信号，是本次设计的主要波形。此次毕业设计使用的工程软件主要是由Altera公司推出的Quartus II软件。?本次毕业设计主要是使用文本输入程序，新建项目工程，通过设计程序输入、编译调试、仿真调试完成每一种波形的产生以及每部分的调控选择模块的设计。本文中设计将分模块进行，便于每一部分的仿真调试及错误的查找。实验运用硬件描述语言VHDL编写程序，实现各个波形的产生以及频率和幅度的改变，并且通过7选1选择开关的设计，实现了对需要不同波形，不同频率，不同幅度的选择。本次设计所涉及的波形都是基本波形，这些波形在各个领域都会被运用到。为了实验、教学、研究方便，研制一种基本、简单、使用方便的基本信号源是十分必要的。关键词波形发生器；Quartus II软件；硬件描述语言VHDL；频率；幅度；
目 录
第一章 绪论 1
1.1 研究背景 1
1.2 波形发生器设计的研究现状和发展 1
1.3 研究波形发生器的目的和意义 2
1.4 波形发生器设计内容、要求及研究方法 3
1.4.1 设计内容 3
1.4.2 设计要求 3
1.4.3 研究方法 4
第二章 波形发生器系统设计 5
2.1 Quartus II软件综述 5
2.2 VHDL硬件编程语言 5
2.2.1 硬件描述语言VHDL概述 5
2.2.2 硬件描述语言VHDL程序结构 6
2.2 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥351916072$
.3 VHDL在设计中主要结构语句的应用 7
2.3 设计方案 8
2.4 设计流程 9
2.4.1 建立工程 9
2.4.2 程序编程 12
2.4.3 执行编译 14
2.4.4 建立仿真文件 14
2.5 信号以及功能模块介绍 16
2.5.1 时钟和复位信号 16
2.5.2 波形产生模块 17
2.5.3 调控选择模块 17
2.6 系统框图 17
第三章 波形发生器系统调试分析与波形仿真 19
3.1 波形产生模块 19
3.1.1 正弦波 19
3.1.2 三角波 21
3.1.3 方波 22
3.1.4 锯齿波 24
3.1.5 阶梯波 26
3.1.6 递增波 27
3.1.7 递减波 29
3.2 调控选择模块 30
3.2.1 频率控制模块 30
3.2.2 波形输入选择模块 33
3.2.3 波形输出选择模块 34
3.2.4 幅度控制模块 35
3.3 系统调试 38
3.3.1 调试方法 38
3.3.2 编译（仿真）调试故障及解决方法 38
结 语 39
致 谢 41
参 考 文 献 42
第一章 绪论
研究背景
波形发生器是一种信号源或振荡器，在生产实践和科技领域中有着广泛的应用[1]。它能够产生多种波形，例如正弦波、方波、三角波等。频率范围可以从几毫赫或者几微赫兹的超低频到G赫兹[2]。它除了在通信、仪表和自动控制系统测试使用外，还广泛应用于其它领域[3,4]。传统的波形发生器，它可以提供正弦波、方波、三角波等最简单，也是最常用的几种基本的标准波形。 利用过去的设备产生其它的一些相对较为复杂波形时，就需要使用比较复杂的电路，然后电路和机械设备相结合，产生所需波形。过去那个时期的波形发生器大多采用模拟电子技术，然而模拟电子电路的很多器件本身就存在体积过大的问题，因此利用这些器件构成的电路也存在着体积偏大、笨重、价格昂贵、功耗大等各种缺点。如果设计需要产生更加复杂的波形，则组成就需要用到更多这样的器件，这样设计下来，这些缺点就会逐步被放大，以至于导致设计的失败或者进度缓慢。
在现代这个社会，如今的科学技术飞速发展，日新月异，逐渐的对信号源可以产生的信号提出了更高的挑战，需要更加精准的信号。所提出的高要求主要体现在设备的功能性上，例如设备电子屏拥有很高的分辨率；产生的信号拥有高频率，可以输入高频率信号；可以产生不同的波形等一系列方面。针对这些要求，过去所使用的传统信号发生器就逐渐的被淘汰，就因为它们无法满足现代社会设计所需的高要求。不管是在生活生产中、还是在设计实验中，又或者是在科学研究以及高等教学上，功能齐全的信号发生器都是设计者做实验或研究所选择的最佳设备。随着社会的经济发展，以及科学技术的突飞猛进，对设计者在设计或研究中经常使用到的测试设备和测试方法也都要将达到一个新的高度，这样才能满足现代社会的需求。信号发生器的革新，己成为一个重要的研究，因此对其的研究也将具有十分重要的意义。
波形发生器设计的研究现状和发展
波形发生器是最普通，最基本也是应用最广泛的电子仪器之一[5]。在当今社会，现代社的科学技术相对过去来说，已经进步了很多。目前在科学技术，研究等方面，波形发生器的使用在工程、研究或设计中是常见的。在现如今的波形发生器，虽然也可以产生任意波形，但相对简单的波形发生器的波形来源往往是较简单的波形合成，并不是真正意义上的“任意”波形，而且价格偏高，那些更好的波形发生器就不用说了，更是价格不菲。如今在国内外，对于波形发生器的研究已经基本趋于完善，但是仍然存在设计者需要努力进步并修改的空间。因为现在的波形发生器在实际运用上还是会出现一些不尽人意的地方。例如：有的可视化界面仅能显示文字数据，不能直接显示输出波形；有的任意波形数据的产生只能连接上位机获取；任意波形编辑功能不够全面，仅能满足特定的场合。即使有较完善功能的任意波形发生器，但其高昂的价格却让人望而止步。
在过去，波形发生器只能够提供一些基本简单的波形，也只能满足简单设计，研究的要求，随时时代的发展，过去的波形发生器并不能满足现在研究使用的需求。过去的波形发生器只能够提供正弦波、方波、三角波等几种经常使用的基本的标准波形，如果需要产生其它波形的时候，设计者就需要设计复杂的电路，然后和机械设备结合起来才能生成复杂波形。过去的波形发生器大多是采用模拟电子技术，然而模拟电路的构成，存在着模拟器件体积过大、价格过昂、功耗过大、精度过低等一系列的缺点，然而这些缺点都会影响到设计或研究的结果。设计中之所以不选用传统的波形发生器，是因为它们具有较宽的频率范围，并且结构简单。这种波形发生器无法生成任意波形，其频率稳定性和准确度差[6,7]。如果要产生复杂的波形，就必须利用复杂的电路来完成，这样会在设计过程中造成很多不必要的损失。
目 录
第一章 绪论 1
1.1 研究背景 1
1.2 波形发生器设计的研究现状和发展 1
1.3 研究波形发生器的目的和意义 2
1.4 波形发生器设计内容、要求及研究方法 3
1.4.1 设计内容 3
1.4.2 设计要求 3
1.4.3 研究方法 4
第二章 波形发生器系统设计 5
2.1 Quartus II软件综述 5
2.2 VHDL硬件编程语言 5
2.2.1 硬件描述语言VHDL概述 5
2.2.2 硬件描述语言VHDL程序结构 6
2.2 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥351916072$
.3 VHDL在设计中主要结构语句的应用 7
2.3 设计方案 8
2.4 设计流程 9
2.4.1 建立工程 9
2.4.2 程序编程 12
2.4.3 执行编译 14
2.4.4 建立仿真文件 14
2.5 信号以及功能模块介绍 16
2.5.1 时钟和复位信号 16
2.5.2 波形产生模块 17
2.5.3 调控选择模块 17
2.6 系统框图 17
第三章 波形发生器系统调试分析与波形仿真 19
3.1 波形产生模块 19
3.1.1 正弦波 19
3.1.2 三角波 21
3.1.3 方波 22
3.1.4 锯齿波 24
3.1.5 阶梯波 26
3.1.6 递增波 27
3.1.7 递减波 29
3.2 调控选择模块 30
3.2.1 频率控制模块 30
3.2.2 波形输入选择模块 33
3.2.3 波形输出选择模块 34
3.2.4 幅度控制模块 35
3.3 系统调试 38
3.3.1 调试方法 38
3.3.2 编译（仿真）调试故障及解决方法 38
结 语 39
致 谢 41
参 考 文 献 42
第一章 绪论
研究背景
波形发生器是一种信号源或振荡器，在生产实践和科技领域中有着广泛的应用[1]。它能够产生多种波形，例如正弦波、方波、三角波等。频率范围可以从几毫赫或者几微赫兹的超低频到G赫兹[2]。它除了在通信、仪表和自动控制系统测试使用外，还广泛应用于其它领域[3,4]。传统的波形发生器，它可以提供正弦波、方波、三角波等最简单，也是最常用的几种基本的标准波形。 利用过去的设备产生其它的一些相对较为复杂波形时，就需要使用比较复杂的电路，然后电路和机械设备相结合，产生所需波形。过去那个时期的波形发生器大多采用模拟电子技术，然而模拟电子电路的很多器件本身就存在体积过大的问题，因此利用这些器件构成的电路也存在着体积偏大、笨重、价格昂贵、功耗大等各种缺点。如果设计需要产生更加复杂的波形，则组成就需要用到更多这样的器件，这样设计下来，这些缺点就会逐步被放大，以至于导致设计的失败或者进度缓慢。
在现代这个社会，如今的科学技术飞速发展，日新月异，逐渐的对信号源可以产生的信号提出了更高的挑战，需要更加精准的信号。所提出的高要求主要体现在设备的功能性上，例如设备电子屏拥有很高的分辨率；产生的信号拥有高频率，可以输入高频率信号；可以产生不同的波形等一系列方面。针对这些要求，过去所使用的传统信号发生器就逐渐的被淘汰，就因为它们无法满足现代社会设计所需的高要求。不管是在生活生产中、还是在设计实验中，又或者是在科学研究以及高等教学上，功能齐全的信号发生器都是设计者做实验或研究所选择的最佳设备。随着社会的经济发展，以及科学技术的突飞猛进，对设计者在设计或研究中经常使用到的测试设备和测试方法也都要将达到一个新的高度，这样才能满足现代社会的需求。信号发生器的革新，己成为一个重要的研究，因此对其的研究也将具有十分重要的意义。
波形发生器设计的研究现状和发展
波形发生器是最普通，最基本也是应用最广泛的电子仪器之一[5]。在当今社会，现代社的科学技术相对过去来说，已经进步了很多。目前在科学技术，研究等方面，波形发生器的使用在工程、研究或设计中是常见的。在现如今的波形发生器，虽然也可以产生任意波形，但相对简单的波形发生器的波形来源往往是较简单的波形合成，并不是真正意义上的“任意”波形，而且价格偏高，那些更好的波形发生器就不用说了，更是价格不菲。如今在国内外，对于波形发生器的研究已经基本趋于完善，但是仍然存在设计者需要努力进步并修改的空间。因为现在的波形发生器在实际运用上还是会出现一些不尽人意的地方。例如：有的可视化界面仅能显示文字数据，不能直接显示输出波形；有的任意波形数据的产生只能连接上位机获取；任意波形编辑功能不够全面，仅能满足特定的场合。即使有较完善功能的任意波形发生器，但其高昂的价格却让人望而止步。
在过去，波形发生器只能够提供一些基本简单的波形，也只能满足简单设计，研究的要求，随时时代的发展，过去的波形发生器并不能满足现在研究使用的需求。过去的波形发生器只能够提供正弦波、方波、三角波等几种经常使用的基本的标准波形，如果需要产生其它波形的时候，设计者就需要设计复杂的电路，然后和机械设备结合起来才能生成复杂波形。过去的波形发生器大多是采用模拟电子技术，然而模拟电路的构成，存在着模拟器件体积过大、价格过昂、功耗过大、精度过低等一系列的缺点，然而这些缺点都会影响到设计或研究的结果。设计中之所以不选用传统的波形发生器，是因为它们具有较宽的频率范围，并且结构简单。这种波形发生器无法生成任意波形，其频率稳定性和准确度差[6,7]。如果要产生复杂的波形，就必须利用复杂的电路来完成，这样会在设计过程中造成很多不必要的损失。
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