基于FPGA的三相函數信號發生器設計

2．5 幅度控制的實現
參考電壓可通過INT／EXT端選擇內部和外部。當該端口為高電平時選擇外部參考電壓，只要改變參考電壓，就可以改變輸出波形的幅值。DAC902外部參考電壓范圍0．10～1．25 V，因此只需采用8位D／A既可實現0．01 V的步進。如圖7所示，DAC0832輸出接到DAC902參考電壓輸入端REFin，通過單片機控制DAC0832輸出，進而控制DAC902參考電壓。

3 系統測試
本系統波形參數設置通過觸摸屏輸入完成，用示波器測試50 Ω負載下的輸出波形，比較設置值與測試值之間的誤差，圖8為信號源輸出頻率為10 MHz，峰峰值為5 V，兩路信號相移分別為45°、90°、180°、270°時，在使用Fluck PM3394B 200 MHz Combiscope Instrument的“Analog”模式下，用數碼相機拍攝的正弦波的輸出波形。

經過多次測試和反復改進，最終實現了如下技術指標：
(1)輸出波形：正弦波、方波、三角波、鋸齒波。
(2)輸出波形頻率范圍：0．1 Hz～10 MHz。
(3)輸出頻率調節步長：0．01 Hz～10 kHz。
(4)輸出電壓范圍：10 mV～10 V(峰峰值)可調，幅度步進最小10 mV。
(5)方波占空比調節范圍：1％～99％。
由于示波器只有兩個通道，因此只能測量兩項信號之間的相位差。
在頻率穩定度方面，正弦波、三角波、方波和矩形波輸出波形穩定，這正是體現了DDS技術的特點，輸出頻率穩定度和晶振穩定度在同一數量級。由于采用了FPGA的內部時鐘，在倍頻分頻的結果后還是無法達到計算的時鐘，因此存在著誤差，但在頻率較高部分誤差稍明顯，因此設計中采用了軟件修正，從而減少了頻率較高部分的誤差。
對于波形幅度的控制上，由于波形在電路網絡存在一定的衰減，因此在程序中采用軟件補償進行修正。從測試結果可以看書軟件補償做得越細致誤差越小。

4 結束語
本項目以多功能、低功耗、操作方便、結構合理、易于調試為主要設計原則，在系統設計過程中，力求硬件線路簡單，充分發揮軟件編程方便靈活的特點，并最大限度挖掘FPGA片內資源，來滿足系統設計要求。
利用硬件描述語言VHDL編程，借助Ahera公司的Quartus II軟件環境下進行了編譯及仿真測試，在FPGA芯片上設計了函數發生器，產生正弦波、三角波、方波等多種波形，系統的頻率分辨率高，頻率切換速度比較快。設計采用了EDA技術，縮短了開發研制周期，提高了設計效率，而且使系統具有結構緊湊、設計靈活、實現簡單、性能穩定的特點。