摘要：文中提出了一种根据FPGA中LPM(Library Parameterized Modules)的非正弦波形发生器的电路规划方案，并完结体系的软硬件规划。该体系的硬件部分首要用来生成和输出非正弦波形信号，由3.3 V和正负5 V电源模块，DA9708芯片、截止频率为1kHz的二阶低通滤波器、正负5 V的起伏调理器构成。软件部分选用QuartusII进行硬件描绘言语进行编程，在MATLAB中生成非正弦波形数据。经过MATLAB仿真与试验输出波形比照标明，该非正弦波形发生器的规划完成周期短、输出非正弦波形滑润安稳，到达规划要求。
关键词：非正弦波形发生器;FPGA;LPM;DA9708
跟着直流输电技能的运用开展，高压电缆线路和补偿电容的增多，电力体系中的谐波重量将大大添加，它给电力设备和弱电体系带来了谐波污染，而且电力电子设备的日益增多，使电网中的高次谐波愈来愈严峻。因而，查验谐波操控设备的功用，或许测验负载设备在收到扰动时的工作情况等，需求一些专门的谐波发生器来发生所需的谐波。现在规划信号波形发生器的办法首要有3种：传统的直接频率组成技能(DS)，锁相环式频率组成器(PLL)，直接数字式组成器(DDS)。文献中规划了根据FPGA LPM多功用信号发生器，其发生的波形为锯齿波，三角波，阶梯波和方波等规矩波形，其波形数据选用数据表格输入，关于杂乱的畸变波形信号的发生有很大的局限性。
以上信号发生器和一些常用的函数发生器都只能发生常用的正弦波、方波和锯齿波等惯例波形，作为电路的鼓励源，能满意一般的试验和研讨的需求，不能满意查验谐波操控设备的需求，因而文中提出了一种根据FPGA中LPM的畸变波形发生器的电路规划。该体系对保证往后电力体系谐波的检测与研讨，具有十分重要的技能含义和经济价值。
1 电路规划原理
LPM是FPGA中的参数可设置模块库，Altera供给的可参数化宏功用模块是根据Altera器材的结构做了优化规划。QuartusII中含有功用强大的LPM_ROM模块。在波形发生器的规划中，在ROM中储存有数据，改动地址，就能够读出对应地址的数据，改动地址的改变频率，经过树立参数化的 LPM_ROM并存入所需求额波形数据并进行验证。
图1所示的畸变波形发生器的结构由4个部分组成：FPGA模块、8位DA芯片、二阶低通滤波器、起伏调理器。FPGA选用EP4CE30F23C8N，顶层singal.vhdl在FPGA中完成，包括2个部分：一是ROM的地址信号发生器，由6位计数器担任;二是一个谐波信号数据ROM，由 LPM_ROM模块构成。LPM_ROM底层是FPGA中的EAB、ESB或M4K等模块。地址发生器的时钟CLK的输入频率f0与每周期的波形数据点数 (挑选512点)得出D/A输出的频率f的联系是：
2 体系硬件规划
模仿输出硬件电路图如图2和图3所示。
该模仿端硬件电路由电源模块，高速DA9708芯片、截止频率为1 kHz的二阶低通滤波器、正负5 V的起伏调理电路构成。DA9708选用单电源供电的低功耗电流输出型高速数模转化器，转化速度高达125MSPS，树立时刻不大于35 ns，转化精度为1/4LSB，内置1.2 V参阅电压，输出端选用查分电流输出。
3.3 V和负5 V电源模块如图4和图5所示，其别离选用LM1117和MC34063电源芯片，LM1117供给电流约束和热维护，芯片电路包括1个齐纳调理的带隙参阅电压以保证输出电压的精度在±1%以内，输出端需求一个至少10μF的钽%&&&&&%能够改进瞬态响应和安稳性。
AD9708芯片差分输出今后，为了避免噪声搅扰，电路中接入了二阶低通滤波器，截止频率为1 kHz，其Multisium仿真电路如图6所示。
频率响应如图7所示，由图7可知，其截止频率为1 kHz。
滤波器之后，运用了2片高功用145MHz带宽的运放AD8065，完成差分变单端，以及起伏调理功用，是整个电路功用得到而最大极限的提高。起伏调理，运用的是5K的电位器，终究的输出规模-5～5 V(10 Vpp)。
3 体系软件规划
3.1 体系软件结构规划
体系软件规划结构图如图8所示。
在软件规划中，由MATLAB生成畸变波形数据，在文档修改器中生成LPM可辨认的mif文件，然后导入LPM模块，在FPGA运转过程中，时钟设定为40 MHz，而且对LPM模块进行查表法输出。
3.2 MATLAB生成谐波波形数据文件
电网稳态的供电电压波形为工频正弦波形，数学表达式为：
Usin(ωt+α)项称为基波，其周期与原畸变波形的周期相同，其它各相均为谐波。因为谐波的频率是基波频率的整数倍，所以Usin(3wt+α)项称为三次谐波，Usin(5wt+α)项称为五次谐波。在matlab仿真中的含1，3，5次谐波的畸变波形如图9所示，并发生畸变波形数据。
Matlab生成波形数据的部分程序为：
3.3 定制LPM_ROM初始化数据文件
QuartuslI能承受的LPM_ROM中的初始化数据文件的格局有2种：Memory Initialization File(.mif)格局和Hexadecimal(Intel-Format)File(.hex)格局，使用QuartusII的Text File修改，今后缀名mif格局存盘，便可得到Memory Initializationg File格局的文件。本规划选用512点谐波波形数据，将MATLAB生成的512点波形数据导入QuartusII中。
生成mif文件的部分程序为：
WIDTH=8;
DEPTH=512;
ADDRESS_RADIX=UNS;
DATA_RADIX=UNS;
CONTENT BEGIN
0：80;
1：82;
2：84;
3：86;
…(数据省略)
END;
4 试验比照
对规划好的电路板进行编程后，经过FPGA板中JTAG仿真器把程序加载到体系中运转，用TEK示波器进行丈量得出了详细变波形图，图 10和图11列出了含3，5，7次谐波的畸变波形信号，并经过MATLAB仿真与输出波形进行了比照，其间，左边为示波器实践丈量波形，右侧为 MATLAB仿真波形。
5 定论
该体系选用MATLAB生成畸变波形数据以及根据FPGA中的LPM模块体系对波形数据进行处理，最终经过硬件电路对数字信号进行模仿转化输出，经过比照试验波形和MATLAB仿真波形，得出了体系发生的波形具有了谐波信号的特征，而且输出波形滑润安稳，没有杂波，能够用于检测谐波操控设备的功用，极大缩短了畸变波形发生器开发的周期，具有很好的运用远景。
