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1、 中 北 大 学毕业设计中期总结学 生 姓 名：马丹学 号：学 院：仪器与电子学院专 业：电子科学与技术设计(论文)题目：基于FPGA的8路数字信号源设计指导教师:李圣昆 2015 年 1 月 27 日毕业设计中期总结院系仪器与电子学院班级学生姓名马丹指导教师李圣昆题目名称： 基于FPGA的8路数字信号源设计主要任务：利用FPGA内部IP核DDS模块实现8路数字信号源。设计要求：1、 学习FPGA的工作原理；2、 学习DDS工作原理；3、 学习和掌握利用FPGA进行逻辑设计；4、 调用IP核，实现频率、周期、幅值可单独设置。 1.开题以来所做的具体工作和取得的进展或成果（方案、图纸、代码等支撑
2、，任务书要求与已完成工作对照表） 自开题以来，开始通过网络、书籍等媒介搜集关于数字信号源的相关信息，了解其思想方法，将其具体划分为FPGA主控电路，液晶显示，键盘控制，数模转换，低通滤波电路等五个完整的模块，并又细分为多种具体的实现方法，并根据不同方法从搜集的资料中筛选了具有代表性的例题，然后从例题中具体了解这些方法是如何应用的。之后根据数字信号源在整个电子知识体系中的特点总结出在可行的，经济的可行方案。由此，实现的方案以经初步确立。图 1 工作原理图图 2 系统框图确立的方案：采用直接数字频率合成，用FPGA器件作为核心控制部件，精度高稳定性好，得到波形平滑，特别是由于FPGA的高速度，能实
3、现较高频率的波形。控制上更方便，可得到较宽频率范围的波形输出，步进小，外围电路简单易实现。DDS模块设计：DDS 技术的实现依赖于高速、高性能的数字器件。可编程逻辑器件以其速度高、规模大、在线可编程，以及有强大EDA 软件支持等特性，十分适合实现DDS 技术。而利用FPGA 则可以根据需要方便地实现各种比较复杂的调频、调相和调幅功能，具有良好的实用性。就合成信号质量而言，专用DDS 芯片由于采用特定的集成工艺，内部数字信号抖动很小，可以输出高质量的模拟信号；利用FPGA 也能输出较高质量的信号，虽然达不到专用DDS 芯片的水平，但信号精度误差在允许范围之内。存储模块设计：使用FPGA作为数据转
4、换桥梁，将波形存储在其内部的RAM中，通过硬件扫描将波形数据传输给DAC0832产生波形输出。由于FPGA是一种高密可编程逻辑器件，可以满足题目的要求。显示模块设计：使用液晶显示屏显示频率，幅度和相位以及波的形状。液晶显示屏（LCD）具有轻薄短小、低耗电量、无辐射危险，平面直角显示以及影像稳定不闪烁、可视面积大、画面效果好、分辨率高、抗干扰能力强等特点。数模转换方案设计：现阶段市场上用于数摸转换的芯片种类很多，常用的有8位，12位，16位等。他们在其不同的应用领域有着各自的优势。ADV7125是一种8位的高速，高精度的数模转换芯片，但相对较贵。DAC0832也是一种8位的数模转换芯片，单电源供
5、电，+5V到+15V正常工作。基准电压范围为V；电流建立时间为1；CMOS工艺，低功耗20。经常使用，价格便宜，本设计采用此芯片。滤波方案设计： 采用二阶巴特沃斯低通滤波器。巴特沃兹滤波器的幅度函数是单调下降的，由于n阶低通巴特沃斯滤波器的前（2n-1）阶导数在=0处为零，所以巴特沃斯滤波器也称为最大平坦幅度滤波器，该方案滤波性能较好，但构造和参数设置比较复杂。毕业设计课题工作进度：起 迄 日 期工 作 内 容进度2014年11月20日 12月10日查阅资料、调研，毕业设计开题报告已完成2014年12月11日 12月 31日相关实验、原理图设计已完成2. 存在的主要问题及解决办法1.虽然对初步
6、的实现方案有了一定的理解，但是具体到实现方面还有待继续查看资料以得以实现。 现在已经对所有的方案论述有了一定的了解，并且已经确立了整体的实现方案，对整体方案进行了五个模块的划分，就每一模块的实现进行了诸多的方案比较，从而就每一方案而言，都大体确立了可行，经济，简洁的实现途径。整体是采用直接数字频率合成，用FPGA器件作为核心控制部件，依赖于DDS技术，对于数据存储模块，使用FPGA作为数据转换桥梁，将波形存储在其内部的RAM中，通过硬件扫描将波形数据传输给DAC0832产生波形输出。所以数模转换部分采用DAC0832芯片。2. 本次课题内容一共分为5个模块，自开题以来，我已经完成了两个模块的设
7、计，但并未实现仿真，但已经编写好了实现的代码，并且编译通过了。 我将本次课题“基于FPGA的八路数字信号源”具体细化为五个模块：FPGA主控电路，液晶显示，键盘控制，数模转换，低通滤波电路。其中FPGA主频电路需要全面掌握FPGA的工作原理，至此，由于资料收集不足，且时间有限，对于FPGA还不是太了解。所以这次先把自己熟悉的两个模块数模转换电路和低通滤波电路两部分实现了电路原理的分析，实物的连接。并对实现代码进行了一定的解读与分析，已经全面掌握了这两部分的工作原理。3. 对键盘显示模块明显还不太了解，所以至今还没有完成对键盘显示的实现。 目前已对键盘的构架熟悉，键盘采用43矩阵式，共12个键分
8、别对应09个数字键和一个启动键两个波形控制键。使用液晶显示屏显示频率，幅度和相位以及波的形状。液晶显示屏（LCD）具有轻薄短小、低耗电量、无辐射危险，平面直角显示以及影像稳定不闪烁、可视面积大、画面效果好、分辨率高、抗干扰能力强等特点。所以采用LCD实现显示模块。4. 自开题至现在，对Alitum designer软件的学习大约使用了半个月的时间，对画原理图，针对元器件库中没有的芯片，可以根据所使用的芯片，参考其封装以及其性能手册，可以独立完整的画出所需芯片。 Altium Designer 提供了唯一一款统一的应用方案，其综合电子产品一体化开发所需的所有必须技术和功能。Altium Desi
9、gner 在单一设计环境中集成板级和FPGA系统设计、基于FPGA和分立处理器的嵌入式软件开发以及PCB版图设计、编辑和制造。并集成了现代设计数据管理功能,使得Altium Designer成为电子产品开发的完整解决方案一个既满足当前，也满足未来开发需求的解决方案。3. 下一步的主要研究任务、具体设想与安排以及是否可以按时完成任务的分析下一步主要研究任务：（1） 学习使用PROTEL软件进行电路PCB布板；（2） 完成FPGA的源程序设计；（3） 完成不同滤波效果验证，选择合适滤波方案；（4） 在硬件平台上进行调试并完成设计功能。具体设想与安排：2015年2月20日 3月20日：原理图设计及制
10、版3月21日 5月15日：FPGA控制逻辑设计,硬件平台调试5月16日 6月15日：完成毕业设计说明书的撰写，提交说明书并完成英文翻译和 论文答辩是否可按时完成：依据进度，以及工作计划安排，预计可以按时完成工作任务。4.指导教师对该生前期设计工作的评价 按期圆满完成任务书规定的任务。能较好地运用所学理论和专业知识。毕业论文（设计）立论基本正确，内容完整，计算与分析论证可靠，结论合理，完成的软、硬件基本达到规定的性能指标且文档齐全、规范。独立工作能力较强。文字条理清楚、书写工整，文字通顺，符合技术用语要求，图纸整洁、正确、符合规范。思路清晰，论点基本正确，能正确回答主要问题。指导教师签名： 日
11、期：2015.1.295.中期总结检查意见学科管理部签名： 日 期：附件1：图纸、代码、实验结果、仿真成果等（支撑材料)数模转换实现代码：#includesbit wela=P27;/数码管位选sbit dula=P26;/段选sbit dawr=P36;/DA写数据sbit csda=P32;/DA片选unsigned char a,j,k;void delay(unsigned char i)/延时for(j=i;j0;j-)for(k=125;k0;k-);void main()wela=0;dula=0;csda=0;a=0;dawr=0;while(1)P0=a;/给a不断的加一，然
12、后送给DAdelay(50);/ 延时50ms 左右，再加一，再送DA。a+;二阶低通滤波器代码：float temp;void iir_process(void) temp=(float)(wave)/16384;if(t=1) /first point x0=temp; y0=a0*x0; temp=y0; t=2; else if(t=2) /secound point x1=temp; y1=a0*x1+a1*x0-b1*y0; temp=y1; t=3; else /loop x2=temp; y2=a0*x2+a1*x1+a2*x0-b1*y1-b2*y0; temp=y2; y0=y1; y1=y2; x0=x1; x1=x2; wave=(int)(temp*16384); 已经完成的两部分设计图：图 3 数模转换图图 4 二阶低通滤波器原理图