桂林电子科技大学 韩剑 李德明 冯雪
1 导言
由于传统的多波形函数信号发生器需选用很多别离元件才干完结，且规划杂乱，这儿提出一种依据CPLD的多波形函数信号发生器。它选用CPLD作为函数信号发生器的处理器，以单片机和CPLD为中心，辅以必要的模仿和数字电路，构成的依据DDS(直接数字频率组成)技能、波形安稳、精度较高的多功用函数信号发生器。
2 体系规划
图1给出体系规划框图，该体系规划首要由CPLD电路、单片机电路、键盘输入液晶显现输出电路以及D/A转化电路和低通滤波器等电路组成。
2.1 频率组成器
该体系规划选用直接数字式频率组成DDS(Direct Digital Frequency Synthesis)技能，选用ROM存储所需的量化数据，依照不同频率求出频率操控字。以K为步进对相位累加器进行累加，每累加一次，取出累加器的高8 位数据送至ROM，ROM依据不同的地址取出不同的数据送TLC7524进行转化。再经过滤波即可得到所需求波形。由于DDS具有相对带宽很宽，频率转化时刻极短，频率分辨率高级长处。此外，全数字化结构便于集成，输出相位接连，频率，相位和起伏均可完结程控。
2.2 起伏操控模块
起伏操控模块由DAC0832操控，使用其内部电阻分压网络，将其作为数控电位器。将 TLC7524的输出波形作为DAC0832的基准电压源输入，其输出波形为V=(N/256)×Vin,其间N为单片机输入的起伏操控字。经过一简略的电阻分压网络调整运放输出峰一峰值为0～5 V，再送至DAC0832由单片机操控其起伏完结起伏的步进，如图2所示。
2.3 后级处理模块
选用二阶巴特沃兹低通滤波器。巴特沃兹低通滤波器的起伏函数是单调下降的，由于n阶低通巴特沃兹低通滤波器的前(2n-1)阶导数在ω=0处为零，所以巴特沃兹低通滤波器也称最大平整起伏滤波器。由于该规划要求滤除的频率重量首要为由D/A转化器发生的高频重量，与体系所要求保存的频率相差很远，所以滤波器在通频带内的平整程度比其衰减陡度更为重要，并且巴特沃兹低通滤波器所要的元件值符合实践情况，不像其他滤波器要求元件值那么严苛。
3 硬件电路体系规划
3.1 总体规划思路
整个体系以CPLD(EPM7128)、AT89S51、AT28C64(EEP-ROM)为中心。CPLD经过相位累加发生读取ROM的地址。以单片机为体系操控的中心，首要功用：给CPLD送频率操控字，即相位累加器的累加值，以此操控频率;给D/A转化器送起伏操控字D，操控波形起伏;处理红外遥控键盘;送数据给液晶LCD。EEPROM存储已固化好波形的数据。
3.2 CPLD模块
该模块经过一个4引脚的工业规范 JTAG接口在体系编程(ISP)，并且在编程过程中仅需5.0 V单电压供电。编程过程中，I/O引脚处于三态并被上拉，以消除板上抵触。上拉阻值为1 kΩ。由于该器材是在线编程的，为了便于调试，所以把下载口直接做在电路板上。考虑到电源为克己的稳压电源，CPLD受电源纹波搅扰影响较大，所以在每个器材旁都加有去耦%&&&&&%。
3.3 D/A转化及起伏操控
D/A转化选用TI公司的TLC7524，该器材转化速度可达10 M，起伏操控D/A转化选用MAX518，该器材是I2C总线的双D/A转化器，只需很少的端口线就可完结两路起伏的操控，大大节约单片机的端口。图3给出D/A转化电路。
3.4 后级处理模块
低通滤波器对阶梯正弦波进行傅里叶剖析。其间若一周期采样点数为N，则其高次谐波能量首要会集在输出频率的(N±1)倍频上，其幅值为基频的 1/(N±1)。低通滤波能够滑润其台阶。别的还需滤除由DAC0832和TCL7524发生的1MHz和10 MHz的高频重量。因而依据规划的要求(输出最大频率为250 kHz，为了确保250 kHz频带内输出起伏平整，又要尽可能按捺谐波和高频重量，归纳考虑选用宽带运放LF351，用EWB仿真标明：截止频率为1 MHz～250 kHz以内起伏平整。为了确保稳幅输出，选用AD817。该器材是一种低功耗、高速、宽带运算放大器，具有很强的大电流驱动才能。实践电路丈量标明：当负载为100 Ω，输出峰-峰值为10 V时，其带宽大于500 kHz，起伏改变小于±1%。
4 软件规划
4.1 波形发生
在 CPLD内设置25位相位累加器，高9位为ROM地址，低16 位为发生准确的读ROM的点与点之间的时刻距离而设置的累加寄存器，即：单片机送一频率操控字，由低16位寄存器每个时钟都累加这个值，累加到低16位溢出，然后ROM的地址加1。ROM内的每个地址的数据表明当时波形的起伏，然后接连读出数据并被滑润滤波后得出滑润、安稳的波形。波形发生流程如图4所示。
4.2 起伏操控
体系的起伏操控由MAX518完结，使用其内部电阻网络完结数字电位器功用，输出电压作为TLC7524的基准电压。图5为起伏操控流程。
5 电路体系调试与参数测验
调试与测验所用仪器PC机、双踪模仿示波器YUAN-LONG、SS7200通用智能计数器、DT9205三位半数字万用表。在户1 kHz步进为20 mV下，测验电压起伏。表1为电压起伏测验，表2为输出频率测验。
6 定论
依据单片机和CPLD的DDS正交信号源，其频率起伏可精细操控，扩展输出频率达300 kHz，添加扫频输出功用。选用红外键盘操控频率和起伏，选用液晶同步显现信号的频率和起伏;输出端发生正弦波、方波、三角波、锯齿波，梯形波、短形波、频率骤变的方波、尖脉冲数字信号等，且具有扫频输出的功用。测验结果标明，体系安稳牢靠，人机交互界面友爱，操作简略便利。
