1  引言
传统的波形发生器多采用模拟分立元件实现，产生的波形种类要受到电路硬件的限制，体积大，灵活性和稳定性也相对较差。采用FPGA器件直接实现多种波形信号发生器，配以相应的外围器件实现的波形发生器具有设计简单、外围电路少、频率稳定性高、可靠性高、输出波形稳定、现场可编程等优点，因而在现代电子设计中，常常采用FPGA器件来实现多种波形信号发生器，利用FPGA实现多种波形信号发生器的方法也很多，但其设计方法均过于复杂，要求设计人员对VHDL 语言要相当熟悉，才能编写相应的程序。采用Matlab/DSP Builder建立模型来实现多种波形信号发生器，其设计简单，不需要编程，也能根据需要设计出相应的多波信号发生器[1][2][4][6]。
2、多波信号发生器的数学模型
2.1 锯齿波的产生
在Matlab/Simulink下，有一模块名叫Increment Decrement模块，由于Increment Decrement模块随着时间的变化而不断的从0计数到255 ，到了255后清0，接着又从0开始计数这样周期性的产生锯齿波。
2.2 正弦波的产生
利用Increment Decrement不断计数，根据计数找到查找表的地址取出里面的值，正弦函数的调用格式为Sin(【起始值：步进值：结束值】)，该模块为一个输入为6位输出值为8位的正弦查找表模块。
2.3 方波的产生
由于产生的正弦波的值从0到255，我们可以使用一个比较器进行比较，根据比较值的大小产生占空比不同的方波，此处我们设置一个值为127的常数，当输出正弦波的值大于等于127的时候比较器的值为1，反之为0。比较器输出的值可以进行放大，比如放大127倍。这样即可生成方波。
2.4 三角波的产生
同理利用比较器的性质跟Increment Decrement模块输出的值进行比较，当Increment Decrement模块输出的值小于等于127时比较器模块10为1，然后再与Increment模块相乘，相乘的结果为127到0；当 Increment Decrement模块输出的值大于127时比较器模块9为0，与Increment模块相乘，相乘的结果为0到127；以上两者进行相加后在经过一个绝对值变化器，就可以产生的很好的波形。根据以上分析其建立的模型如图1所示[5]。
3、用ModelSim进行RTL级的VHDL仿真
3.1 多波信号发生器的模型文件MDL转换成VHDL
在Simulink中完成仿真验证后，就需要把设计转到硬件上加以实现。这是整个DSP Builder设计流程中最为关键的一步，在这一步，可以获得针对特定FPGA芯片的VHDL代码。双击多波信号发生器数学模型中的 SignalCompiler模块，然后再在弹出的对话框中分别点击“Convert MDL to VHDL”、“Synthesis”和“Quartus II”，这样就可以把多波信号发生器的数学模型文件转换成特定的VHDL代码。
3.2 用ModelSim进行RTL级的VHDL仿真

条件：安装好ArbExpress Application软件，同时一定要安装TekVISA（官网下载）

步骤1：导入txt文档。点击File→open。出现下面界面，注意选择格式为.txt，选择对应的文件。



步骤2：select a file format,



点击OK，出现下图所示界面



步骤3：点击File→save as，将文件保存为tfw格式。将文件存入USB就可以导入到任意波形信号发生器啦！

基于DDS的多波形程控信号发生器
**一.**基本要求如下：

一．任务

设计制作一个程控信号发生器，能产生幅度和频率可变的正弦波、方波、三角波和自定义波形。示意图如下：

图一：整体框图
二．基本要求

（1）具有产生正弦波、方波、三角波信号的功能；

（2）可通过键盘操作输出频率范围为20Hz～100KHz的波形；分三波段调节，分别为：20Hz～1KHz步进间隔10Hz，1KHz～10KHz步进间隔50Hz，10KHz～100KHz步进间隔100Hz；

（3）输出波形幅度为4V；

（4）能显示信号的周期、P-P值等信息；

（5）波形无明显失真；

三．发挥部分

（1）输出波形的频率范围为20Hz～1MHz；

（2）输出波形的P-P值为0—4V可调，步进0.1V，可以通过键盘直接输入频率值；

（3）具有掉电存储功能，可以储存用户设置；

（4）可以用键盘或扩展PC接口实现用户自定义波形输出；

二，

第一部分确定方案：1，采用使用stm32单片机内置串行DAC实现1M的输出，发现stm32的频率很难上去，三角波和方波以及锯齿波频率到400kHz使严重失真，所以我们换方案。----扎心了！！！

2.采用DDS方法实现，使用FPGA作为信号发生部分，stm32作为控制和测量部分，采用并行的DAC实现，并行DAC900产生的波形可以轻松松上1M理论来说可以上到15MHz关键是要有一个好的滤波器。

三，

我们分模块实现其功能：
2019年1月23日

首先我们现在FPGA 上对软件进行调试，基本没什么问题，实现了波形的切换和频率的步进功能
2019年1月24日

第一块DAC900板子新鲜出炉，刚开始遇到一个小问题，就是出来的波很难看即使是频率很低的时候，后来发现是DAC数字电源端用FPHGA供电时，文波很大，后来用基准源供电，纹波明显减小，波形变得好看。波形到4MHz时三角波和方波以及锯齿波失真，我们使用的时DAC900内置的1.24v基准源，对波形的幅值不好改变，所以我们决定再外接一个DACTLV5636,通过stm32实现对TLV5636的控制实现可控输出。

不过我们遇到了玄学问题（哭笑.jpg)不多说，上图：

图二：DAC原理图

问题是，当我一上电TLV5636的输出脚和地就短路，相当于TLV5636没有输出电压

刚开始我以为是TLV5636芯片烧坏了，于是将TLV5636单独拿出来测试发现没有坏，

然后我将TLV5636从板子上卸下来，发现两条路没有短，但是芯片一上电就短路，

于是我们又怀疑是DAC900坏了，我们DAC900INT/EXT引脚拉低，使用其内部基准源发现其输出电压正常，

又怀疑是其内部电压拉高较慢导致导致其输出电压始终处于低电压，我们先将INT/EXT单独拉高，再接给DAC商店上电，发现问题依旧存在

然后我们怀疑是电流倒灌导致电压减小，于是我们在输出路上串联一个1M欧的电阻，发现电阻之后的电路没有短路，而之前的短路，相当于电阻将电路分为两个部分，一部分短路，另一部分没有短路，真的玄学！但是我相信我们一定能找到问题所在！
2019年1月25日

实在没辙，于是我决定将DAC900换一个但是由于手头只剩下一块DAC904，所以我将DAC904焊上去

图三：板子图

换了DAC9004后可以实现幅值可控输出，同时要注意DAC9004使用外部基准源的时候一定要先将INT/EXT拉高，再给外部基准源上电，不然DAC9004内部阻态无法准确判断当前状态！

但是我们又遇到了新的问题，就是输出的波形，上图:



图四：波形图

刚开始以为是输出电压过大摆幅不够导致的，后来发现是因为数据线插错了

目前为止，波形发生部分基本实现，有几个发现：

1.DAC900INT/EXT引脚3.3v足够使能

2.串联电阻不能防止电流倒灌，反而会因为分压倒是过电阻后电压减小
2019年1月26日

刚开始做了一个 巴特沃茨滤波器发现效果不太理想，因为阻抗匹配什么的都没有调，后来用filter_solutions设计了一个七阶的椭圆滤波器（注意电感和电容值将精度调到百分之20），后来发现信号经过滤波器效果不是很好，但是经过运放后波形很好看。图五：滤波器原理图

设计滤波器时要注意阻抗匹配，输出端是看出去50欧姆，信号传输是看进去50欧姆。画pcb时注意接口距离问题，后端的运放阻抗匹配依旧要考虑，相当于输出端。

如上图，先让R1和R3并为50欧姆，再让R7并R5+R6等于50欧姆，先确定R1,然后是R3再根据放大倍数调R2，R6和R5的值可以确定，最后确定R7（模电知识，不展开解释）。

但是问题又来了：就是频率和TLV5636输出电压一大，TLV5636电压就往下掉。

猜想：DAC904内部运放增益带宽积不够导致的。

我们增大了外部的Ref果然问题得到了解决 通过后级放大增大放大倍数。

最后我们在输出端用电阻分压将信号给STM32ADC测量，并做了一个电源板给整个系统供电，使系统得到完善！

波形发生器亦称函数发生器，作为实验用信号源，是现今各种电子电路实验设计应用中必不可少的仪器设备之一。


 

功能描述

1、采用51单片机作为主控芯片；

2、采用LCD1602显示波形种类和频率值(10-100HZ);

3、采用DAC0832产生模拟信号输出；

4、采用LM358设计信号增益放大电路；

5、采用按键设置波形种类和频率步进值；

6、采用电位器改变振幅(0V-3.5V稳定);

7、可产生正弦波/锯齿波/三角波/矩形波；

8、四个指示灯分别指示发出哪种波形。

 



 

按键说明

1、波形切换键：在四种波形之间切换；

2、加值键：频率值+0.1；步进值+0.1；

3、减值键：频率值-0.1；步进值-0.1；

4、步进值设置键：点击后通过2/3键调整；

 

电路设计

采用Altium Designer作为电路设计工具。Altium Designer通过把原理图设计、PCB绘制编辑、拓扑逻辑自动布线、信号完整性分析和设计输出等技术的完美融合，为设计者提供了全新的设计解决方案，使设计者可以轻松进行设计，熟练使用这一软件必将使电路设计的质量和效率大大提高。



 

仿真设计

采用Proteus作为仿真设计工具。Proteus是一款著名的EDA工具（仿真软件），从原理图布图、代码调试到单片机与外围电路协同仿真，一键切换到PCB设计，真正实现了从概念到产品的完整设计。



 

博主福利：100G电子设计学习资源包！

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