cpld的高精度低压可控电压源的研制(附件)
生活中处处都要用到电源，高精度可控电压源将会在许多地方发挥作用。本文所研究的高精度低压可控电压源是结合了先进的CPLD技术，利用可编程逻辑器对电压源的输出进行控制。采取直接频率的合成技术，通过数模转换的电路，实现一个精度高，以及波形是比较稳定的信号源。本次设计通过Quartus II 9.0仿真软件对电压源模型进行了有限元建模仿真，得到关于方波，三角波，正弦波的参数与波形的特性点。接着分别对按键模块，时钟模块，DDS累加器模块等分别进行了硬件设计和软件仿真并且分析结果，得到在不同按键输入情况下的不同波形输出。同时对高精度可控电压源进行了实验验证。证实电压源的功能可以通过复杂可编程逻辑器进行控制，同时能够实现常规波形的产生以及用键盘进行控制并且在数码管上显示具体数值。关键词 可控电压源，CPLD，Quartus II9.0，硬件设计，软件仿真
目 录
一、 绪论 1
1.1 引言 1
1.2 课题背景 6
1.3 开发平台介绍 7
1.4 国内外开发现状 8
1.5 本章小结 8
二、原理实现 8
2.1 系统总体原理框图 9
三、硬件电路部分的设计 10
3.1 CPLD以及芯片的介绍 10
3.2 DAC数模转换模块 11
3.3 按键模块 12
3.4 DDS累加器模块 13
3.5 波形选择模块 15
3.6 幅度选择模块 15
3.7 四选一模块 16
3.8 调幅模块 16
四、软件程序部分设计 17
4.1 系统流程设计 18
4.2 按键模块的程序设计 18
4.3 幅度选择模块的程序设计 20
4.4 波形存储ROM程序设计 21
4.5 四选一模块程序设计 22
4.6 DDS累加器模块程序设计 23
4.7 波形选择模块程序设计 25
4.8 调幅模块程序设计 26
五、软件仿真/硬件调试 27
5.1 软件仿真 27
5.2 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: @351916072@
硬件调试 28
六、总结 29
致谢 31
参考文献 32
附录 34
一、绪论
1.1 引言
在电子高科技飞速发展的时代，电子信息化产品的发展得越来越便携化，人们对环境中能量的收集也越加迫切.而在1971年3月国外的一位学者J.Tierncy，C.M.Rader与他的同伴B.Gold率先发现了直接型数字信息频率合成方面的技术。DDS根据用户的需要，并且从参数层面出发，合成使用者想要的波形的一种全新的频率方面的合成技术。传统的电压源发出的信号因为波形精度不高、波形的稳定性比较差等特点,显然无法适应现实工作中的各种需求。此次的可控电压源的设计中也采取了这种技术，对于电压源的输出，可以很方便的通过键盘模块的输入来控制其输出的波形，同时做到精度，相位的可控实现，在操作上有了很大进步，同时也被各种各样的领域所运用。
1.2 课题背景
电压源在我们的生活中无处不在，但是一般的电压源只能有一种电压形式的输出，这次的设计把输出的形式变成了波形信号的模式，可以在示波器上面观察电压源的输出。
本文所研究的高精度低压可控电压源是结合了先进的CPLD技术，利用可编程逻辑器对电压源的输出进行控制。采取直接频率的合成技术，通过数模转换的电路，实现一个精度高，以及波形是比较稳定的信号源。本次设计通过Quartus II 9.0仿真软件对电压源模型进行了有限元建模仿真，得到关于方波，三角波，正弦波的参数与波形的特性点
1.3 国内外研究现状
过去的可控电压源因为多运用模拟电路组建或者是单片机或者是专用的芯片构成，因而在费用方面不占优势或使用方式比较繁琐而且能够实现的可控范围比较局限，无法满足现实工作中的需要。现在在可控电压源的研究方面主要采取的是dds技术，也就是数字合成方面的技术。这种可控电压源既能够发出可控制频率的载频信号、多种调制的信号，而且可以与计算机技术配合发出使用者自己设定的符合带宽标准的各种各样的信号，与此同时也能够提供符合带宽、以及频率合理的信号用于多个领域方面的测试。
从目前发展状况来看，国外可控电压源的技术以及研究都相较于国内而言比较领先。国内市场上的信号源，多是采用分录原件的方式来构成，但是不论设计的多么巧妙，仍然有一定的缺陷，所以如果能把DDS技术融入其中，势必能够为今后的各种研究提供准确的信号和波形，非常适合适用于各种领域的研究。
1.4 开发平台介绍
Quartus II 它是Altera旗下公司全面性的PLD的开发软件，支持多个原理图、VHDL、VerilogHDL及AHDL（Altera Hardware Description Language）多种设计的输入形式，内嵌的综合器和仿真器，而且还可以的直接调用到第三方综合器和仿真器的进行综合和仿真，从而能非常灵活的完成从设计的输入到硬件的配置完整PLD设计的流程。本次设计是在Quartus II平台上进行开发。
Quartus II它支持AlteraIP核，包含LPM/MegaFunction宏功的能模块库。用户能使用成熟模块，不仅仅降低设计复杂度、简短设计的周期，还能增加设计方案的可靠性。第三方EDA工具良好的支持使得用户非常发挥顺手的工具，展现出了软件的友好性与兼容性，充分利用了各种工具的优势。
Quartus II同时也继承了Maxplus II的 友好图形界面和简便使用方法，支持众多的器件类型。Altera公司在Quartus II的 中也涵盖了许多的设计辅助性质工具，比如SignalTap II、Chip Editor及RTL Viewer集成SOPC与HardCopy流程。Quartus II 是一种可编程的逻辑设计软件, 因为具有其优秀设计能力和简便的接口，越来越多的受到程序系统设计者们的选择。
1.5 本章小结
本篇文章的设计主要是基于CPLD的高精度低压可控电压源的研制，主要是利用VHDL编程语言实现，章节的安排如下所示：
第一部分介绍了目前高精度可控电压源的一些发展现状，以及本次研究的具体方向。同时对于开发所使用的平台进行了一定简介。
第二部分是解释了此次系统如何实现，围绕着原理框图进行概述,呈现其实现的原理基础。
第三部分是硬件的设计及电路的方案介绍，把各个模块分开介绍其特点以及功能与工作方式。
第四部分是为各个不同模块的软件模块的设计，以及当中的程序。
目 录
一、 绪论 1
1.1 引言 1
1.2 课题背景 6
1.3 开发平台介绍 7
1.4 国内外开发现状 8
1.5 本章小结 8
二、原理实现 8
2.1 系统总体原理框图 9
三、硬件电路部分的设计 10
3.1 CPLD以及芯片的介绍 10
3.2 DAC数模转换模块 11
3.3 按键模块 12
3.4 DDS累加器模块 13
3.5 波形选择模块 15
3.6 幅度选择模块 15
3.7 四选一模块 16
3.8 调幅模块 16
四、软件程序部分设计 17
4.1 系统流程设计 18
4.2 按键模块的程序设计 18
4.3 幅度选择模块的程序设计 20
4.4 波形存储ROM程序设计 21
4.5 四选一模块程序设计 22
4.6 DDS累加器模块程序设计 23
4.7 波形选择模块程序设计 25
4.8 调幅模块程序设计 26
五、软件仿真/硬件调试 27
5.1 软件仿真 27
5.2 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: @351916072@
硬件调试 28
六、总结 29
致谢 31
参考文献 32
附录 34
一、绪论
1.1 引言
在电子高科技飞速发展的时代，电子信息化产品的发展得越来越便携化，人们对环境中能量的收集也越加迫切.而在1971年3月国外的一位学者J.Tierncy，C.M.Rader与他的同伴B.Gold率先发现了直接型数字信息频率合成方面的技术。DDS根据用户的需要，并且从参数层面出发，合成使用者想要的波形的一种全新的频率方面的合成技术。传统的电压源发出的信号因为波形精度不高、波形的稳定性比较差等特点,显然无法适应现实工作中的各种需求。此次的可控电压源的设计中也采取了这种技术，对于电压源的输出，可以很方便的通过键盘模块的输入来控制其输出的波形，同时做到精度，相位的可控实现，在操作上有了很大进步，同时也被各种各样的领域所运用。
1.2 课题背景
电压源在我们的生活中无处不在，但是一般的电压源只能有一种电压形式的输出，这次的设计把输出的形式变成了波形信号的模式，可以在示波器上面观察电压源的输出。
本文所研究的高精度低压可控电压源是结合了先进的CPLD技术，利用可编程逻辑器对电压源的输出进行控制。采取直接频率的合成技术，通过数模转换的电路，实现一个精度高，以及波形是比较稳定的信号源。本次设计通过Quartus II 9.0仿真软件对电压源模型进行了有限元建模仿真，得到关于方波，三角波，正弦波的参数与波形的特性点
1.3 国内外研究现状
过去的可控电压源因为多运用模拟电路组建或者是单片机或者是专用的芯片构成，因而在费用方面不占优势或使用方式比较繁琐而且能够实现的可控范围比较局限，无法满足现实工作中的需要。现在在可控电压源的研究方面主要采取的是dds技术，也就是数字合成方面的技术。这种可控电压源既能够发出可控制频率的载频信号、多种调制的信号，而且可以与计算机技术配合发出使用者自己设定的符合带宽标准的各种各样的信号，与此同时也能够提供符合带宽、以及频率合理的信号用于多个领域方面的测试。
从目前发展状况来看，国外可控电压源的技术以及研究都相较于国内而言比较领先。国内市场上的信号源，多是采用分录原件的方式来构成，但是不论设计的多么巧妙，仍然有一定的缺陷，所以如果能把DDS技术融入其中，势必能够为今后的各种研究提供准确的信号和波形，非常适合适用于各种领域的研究。
1.4 开发平台介绍
Quartus II 它是Altera旗下公司全面性的PLD的开发软件，支持多个原理图、VHDL、VerilogHDL及AHDL（Altera Hardware Description Language）多种设计的输入形式，内嵌的综合器和仿真器，而且还可以的直接调用到第三方综合器和仿真器的进行综合和仿真，从而能非常灵活的完成从设计的输入到硬件的配置完整PLD设计的流程。本次设计是在Quartus II平台上进行开发。
Quartus II它支持AlteraIP核，包含LPM/MegaFunction宏功的能模块库。用户能使用成熟模块，不仅仅降低设计复杂度、简短设计的周期，还能增加设计方案的可靠性。第三方EDA工具良好的支持使得用户非常发挥顺手的工具，展现出了软件的友好性与兼容性，充分利用了各种工具的优势。
Quartus II同时也继承了Maxplus II的 友好图形界面和简便使用方法，支持众多的器件类型。Altera公司在Quartus II的 中也涵盖了许多的设计辅助性质工具，比如SignalTap II、Chip Editor及RTL Viewer集成SOPC与HardCopy流程。Quartus II 是一种可编程的逻辑设计软件, 因为具有其优秀设计能力和简便的接口，越来越多的受到程序系统设计者们的选择。
1.5 本章小结
本篇文章的设计主要是基于CPLD的高精度低压可控电压源的研制，主要是利用VHDL编程语言实现，章节的安排如下所示：
第一部分介绍了目前高精度可控电压源的一些发展现状，以及本次研究的具体方向。同时对于开发所使用的平台进行了一定简介。
第二部分是解释了此次系统如何实现，围绕着原理框图进行概述,呈现其实现的原理基础。
第三部分是硬件的设计及电路的方案介绍，把各个模块分开介绍其特点以及功能与工作方式。
第四部分是为各个不同模块的软件模块的设计，以及当中的程序。
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