篇一：基于单片机、EDA技术的波形发生器的设计
基于单片机、EDA技术的波形发生器的设计
发布日期:2006-06-01 作者:王宝库 来源:微计算机信息
摘 要：本设计是基于单片机和EDA相结合的技术，用于产生
各种频率的正弦波、方波和三角波，其幅值0～5V可调，幅
值步进为0.039V，频率步进为1Hz。
该波形发生器以单片机(MCS8031)为中心控制单元，由键盘输
入模块、数码管显示模块、D/A波形发生模块、幅值调整模块
组成。采用DDFS技术，先将要求的波形数据存储于EEPROM
中，这样可以保证掉电以后波形数据不丢失。
为了达到所要求的高速度，采用FPGA(ALTEAR 公司
的 EPF10K10LC84-4, 晶振频率可达 40MHz)来实现波形的发
生，通过DDFS技术（直接数字频率合成技术）、VHDL语
言和单片机汇编语言编程技术的完美结合实现了对正弦波、方波和三角波三种波形的频率、幅值的设置和发生。
关键词：单片机技术EDA技术DDFS技术波形发生FPGAVHDL语言汇编语言
随着深亚微米半导体技术的进步，可编程逻辑器件及EDA技术的应用已经相当普及。基于可编程逻辑器件的高频性质和单片机强大的数据处理功能，二者结合的技术也有相当的影响力。本设计中涉及到单片机汇编语言、VHDL语言的运用，充分地利用了二者的优点，制作了一套波形发生系统。
1 系统设计
整体设计由三大模块组成：单片机控制部分、可编程逻辑器件（FPGA）部分、模拟电路部分。其系统方框原理图如下所示：
波形发生采用DDS技术，可以很方便地产生各种高质量的波形，DDS的基本原理是：先将要产生的波形数据存入波形发生器，然后通过改变参考脉冲的频率，将波形数据传送给D／A转换器，滤波处理后便可以输出光滑的合成波形。为了提高所产生的波形频率，采用高频率特性的FPGA（ALTERA公司的EPF10K10LC84－4），后级电路采用有较高的转换速度的DAC0832作为D/A转换。
1.1 单片机部分
在设计中，采用MCS8031为处理器，P2.7作为8279的片选端，P2.6作为FPGA的片选端， P2.5为DAC0832（a）的片选端。P0口作为三者的低8位地址和数据线。单片机控制DAC0832（a），使其输出为0～5V可变电压，作为DAC0832（b）的参考电压，于是可控制输出波形的幅值。由于采用7位数据控制，精度可达到0.039V。
1.2 FPGA模块
设计中我使用了ALTRA公司的MAXPLUSⅡ 10.0系统，采用原理图和VHDL语言编程相结合的形式，充分地发挥了FPGA的高速和现场可编程的能力。
在FPGA中通过编程片内实现比例乘法器（cc14527），在单片机的控制下，FPGA接收单片机传送过来的用户要求的波形数据及其频率数据,并送到比例乘法器以产生所需要的输出频率值。顶层图如下：
其中：
P20作为FPGA的片选端，低电平有效，高电平时保持现有状态，与单片机的P2.6相连。WR为FPGA的写信号，与单片机的写端口相连。当P20为低电平时，单片机可向FPGA写数据，以达到传送命令以及数据的目的。ALE为输入信号，与单片机的ALE信号相连，用于FPGA片内锁存地址，配合WR信号进行单片机与FPGA的通讯。P0［7..0］共8条数据线，为单片机P0口的接口，用于地址和数据的传送。CLK为FPGA的基准频率（16MHz）。WR0832用于控制DAC0832（b），与其WR端相连，在其下跳沿时DAC0832（b）可以取到存储器中相应给定地址的数据。CE：用于控制EEPROM28C64，与其片选端CE相连。CE1用于控制DAC0832（b），与其片选端CE相连。ADDRESS［9..0］为EEPROM28C64的地址信号，用于取址。
EEPROM28C64中存有波形数据，单片机通过控制FPGA使其输出的频率为用户所需频率的128倍，用于控制EEPROM28C64的输出值的频率，于是DAC0832（b）的输出波形频率也相应地改变。在FPGA内主要完成比例乘法器的功能，用于频率的控制。
单片机与FPGA通讯接口原理如下图所示：
其中：SEL信号，用于控制波形的形状，共有三种波形（正弦波、方波、三角波）。Q0［3..0］～Q5［3..0］用于6级级联比例乘法器的置数输入。ST为级联比例乘法器的片选端，低有效。
FPGA片内实现寄存器，可对单片机传输的数据和命令进行寄存，具体如下：
⑴命令寄存器
入口地址：FFH 命令字：FFH（ST有效），00H（ST无效）
入口地址：00H 命令字：E0H（显示正弦波，sel为00），E1H（显示方波，sel为01），E2H（显示三角波，sel为10）。
⑵ 数据寄存器
入口地址：01H，02H，03H分别存储单片机传送的6位10进制数。这些数据是用户要求的频率数通过单片机乘8处理后传送过来的，为乘法器提供频率数据。
FPGA对DAC0832及EEPROM28C64控制接口如下图所示：
WR0832为DAC0832读信号，下跳沿读取数据。CE、CE1分别为DAC0832、EEPROM28C64片选端。ADDRESS[9..0]为EEPROM28C64地址信号。ADDRESS[9..0]的高两位为SEL[1..0]，时钟信号CLK上升沿时ADDRESS[6..0]：自增1，EEPROM28C64输出相应的波形数据。同时CLK下降沿时，DAC0832读取波形数据。
3 模拟部分
DAC0832与单片机采用单缓冲方式接口电路，由于DAC0832内部含有锁存器，具有锁存功能，所以不必通过373锁存。DAC0832的模拟电压输出电路如下：
滤波部分采用带通滤波，使低于1HZ的频率信号和高于100KHZ的频率信号被滤掉，增加波形的平滑度。
单片机流程图
参考文献
[1] 徐志军等.CPLD/FPGA的开发与应用.北京：电子工业出版社，2002.
[2] 侯伯亨等.VHDL硬件描述语言与数字逻辑电路设计.成都：电子科技大学出版社，1997.
[3] 李景华等.可编程逻辑器件及EDA技术.沈阳：东北大学，2000.
篇二：采用EDA技术的波形发生器的设计
学号： 08446308
常 州 大 学
毕业设计（论文）
（2012届）
题 目 采用EDA技术的波形发生器设计 学 生学 院专业班级
校内指导教师专业技术职务
校外指导老师专业技术职务
二○一二年六月
采用EDA技术的波形发生器设计
摘 要：本课题设计了一种采用VHDL硬件描述语言描述并用FPGA实现的正弦波发生器。本课题的研究结合了FPGA控制、LCD字符显示、DAC芯片驱动等相关知识，运用VHDL语言描述了一个具有幅度可控、频率可调和失真较小的正弦波发生器。设计平台为Altera公司的Quartus II 8.0软件，采用Altera公司的Cyclone系列FPGA实现。本设计中的DAC模块采用TLC5620集成芯片来实现，以此来简化设计，并达到本课题的精度要求。
本文详细介绍了正弦波发生器的设计过程，包括系统软件方案设计、系统硬件方案设计、芯片选型、编译仿真平台选择、功能模块划分、时钟分频模块设计、主控模块设计、按键去抖模块设计、TLC5620驱动模块设计和LCD显示模块等部分的设计与实现，对深入研究EDA技术和波形发生器具有重大的意义。
关键词：EDA；FPGA；VHDL；正弦波发生器
Waveform Generator Design Using EDA Technology
Abstract： This paper designs a sine wave generator using FPGA and VHDL language. The research of this paper is a combination of the FPGA controller, the LCD display, the DAC chip drivers and other related knowledge. We use the VHDL language to describe controllable amplitude, frequency adjustable sine wave generator. The design platform is Altera Quartus II 8.0 software and Altera's Cyclone series FPGA chip. In order to simplify the design and achieve the accuracy requirements of this subject, the design of the DAC module uses the TLC5620 chip.
This paper describes the design process of the sine wave generator, including system software design, system hardware design, chip selection, the choice of the compile and simulation platform, the clock frequency module design, the main control module design, key debounce module design, the TLC5620 drive module design and the LCD display module design. The design and realization give me a good chance to understand the EDA technologies and waveform generator.
Key words： EDA; FPGA; VHDL; Sine Wave Generator
目 录
1 引言 ..................................................................................................................................................... 1
1.1 研究背景 .......................................................................................................................................... 1
1.2 波形发生器的现状 .......................................................................................................................... 1
1.3 本文结构及内容安排 ...................................................................................................................... 2 2 EDA开发技术概述 ............................................................................................................................. 3
2.1 EDA技术的含义 .............................................................................................................................. 3
2.2 EDA的工程设计流程 ...................................................................................................................... 3
2.3 Quartus II 8.0简介 ........................................................................................................................... 4 3 方案设计与比较 ................................................................................................................................. 5
3.1 系统功能要求 .................................................................................................................................. 5
3.2 系统框图 .......................................................................................................................................... 5
3.3 软件方案分析与比较 ...................................................................................................................... 5
3.3.1 波形函数方案 ............................................................................................................................... 5
3.3.2 波形ROM方案 ............................................................................................................................. 6
3.3.3 方案比较 ....................................................................................................................................... 6
3.4 硬件方案设计 .................................................................................................................................. 6
3.4.1 设计平台与仿真工具选择 ............................................................................................................ 6
3.4.2 芯片选择方案 ............................................................................................................................... 7 4 FPGA的介绍 ....................................................................................................................................... 9
4.1 FPGA的简介 .................................................................................................................................... 9
4.1.1 背景 ............................................................................................................................................... 9
4.1.2 FPGA与单片机的区别 ................................................................................................................ 10
4.1.3 电路设计中FPGA的应用 ........................................................................................................... 11
4.1.4 产品设计 ..................................................................................................................................... 11
4.1.5 系统级应用 ................................................................................................................................. 11 5 系统设计 ........................................................................................................................................... 12
5.1 系统组成及工作原理 .................................................................................................................... 12 6 FPGA实现与仿真 ............................................................................................................................. 13
6.1 顶层模块图 .................................................................................................................................... 13
6.2 模块详细设计 ................................................................................................................................ 13
6.2.1 主控模块 ..................................................................................................................................... 13
6.2.2 时钟分频模块 ............................................................................................................................. 15
6.2.3 按键去抖模块 ............................................................................................................................. 16
6.2.4 波形存储模块 ............................................................................................................................. 17
6.2.5 TLC5620驱动模块 ....................................................................................................................... 18
6.2.6 LCD显示模块 .............................................................................................................................. 19
6.3 FPGA的实现功能 .......................................................................................................................... 19 7 结论 ................................................................................................................................................... 21
参考文献 ............................................................................................................................................... 22
致 谢 ..................................................................................................................................................... 23
附 录 ..................................................................................................................................................... 24
篇三：基于单片机的波形发生器设计
时间：
《计算机控制技术》 课程设计报告 学 校：安徽建筑大学课题名称：基于单片机的波形发生器学 号：10205900143班 级：10城建电子1班学 生：圣茂芳 指导教师：严辉，夏巍,丁刚 2013年6月17日至2013年6月30日
目录
第一章：引言
1.1 设计目的，任务和要求
1.2 摘要
1.3 波形发生器概述
1.4 总体方案介绍
1.4.1整体流程图
1.4.2 基于proteus电路的整体框图
第二章 硬件结构
2.1AT89C51单片机最小系统
2.2 MCS-51单片机的内部结构
2.2.1典型的MCS-51单片机由以下几个基本部分组成
2.2.2 MCS-51单片机的引脚描述
2.3 晶振电路
2.4 4x4矩阵键盘的设计
2.5 显示模块
第三章 系统软件设计
3.1 开发软件Keil uVision3简介 3.2 各模块程序编写
3.2.1 键盘矩阵模块
3.2.2 锯齿波程序编写
3.2.3 三角波程序编写
3.2.4 方波程序编写
第四章 附件
4.1 原理图
4.2 个人总结
4.3 参考文献
第一章：引言
1.1设计目的、任务和要求
一：设计目的
课程设计是一项重要的实践性教育环节，是学生在完成本专业所有课程学习后必须接受的一项结合本专业方向的、系统的、综合的工程训练。在指导教师的指导下，运用工程的方法，通过一个较复杂的课题的设计练习，可使学生通过综合的系统设计，熟悉设计过程、设计要求、完成的工作内容和具体的设计方法，掌握必须提交的各项工程文件。
二：设计任务
1.掌握数/模转换器的控制原理；
2. 结合8051设计一个8位的D/A控制系统；
3. 设计一4×4键盘，其中0—9号键为数字键，用于A/D的输出点压设置，K0—K5键作为功能键；
4. K4键为设置键，用于A/D的上下限电压设置，K5键为确认键，用于设置A/D输出电压的确认；
5. K0键，输出三角波波形；
6. K1键，输出锯齿波波形；
7. K2键，输出阶梯波波形；
8. K3键，输出梯形波波形；
三：设计要求
1. 方案论证
按系统功能实现要求，决定控制系统的实现方案，选择芯片，做出系统框图。
2. 硬件设计电路
根据设计内容设计出硬件电路图并作详细的设计说明，并绘出电路图。
3. 系统程序设计
采用模块化设计方法，画好程序流程图，用汇编语言或C语言编写相应的控制程序。
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