1 系統(tǒng)設計

1.1 方案比較

方案1：直接頻率合成法
     直接頻率合成技術即為用多個晶體分別產(chǎn)生不同頻率的振蕩信號，再經(jīng)過具有四則運算功能的混頻器、倍頻器、分頻器和不同頻率的濾波器組合而成，用以實現(xiàn)特定頻率信號的產(chǎn)生輸出。
     優(yōu)點：頻率轉換時間短，理論上可產(chǎn)生任意小的頻率間隔。
     缺點：由于其利用晶體產(chǎn)生的信號經(jīng)過運算而成，所以其頻率間隔不能太多；由于采用了大量的倍頻器、分頻器以及混頻器，所以其輸出的波形信號附帶的噪聲較大；并且設備龐大，制造成本較高。

方案2：鎖相頻率合成
     利用鎖相環(huán)的良好的窄帶跟蹤性能，可使頻率準確的鎖定在參考頻率或其N次諧波上，并使被鎖定頻率具有與參考頻率一致的頻率穩(wěn)定度和較高的頻率純度。它由基準頻率產(chǎn)生器和鎖相環(huán)路兩部分組成。
     優(yōu)點：結構簡單，輸出頻率純度高，易于得到大量的離散頻率。
     缺點：瞬時頻率穩(wěn)定度較差，頻率轉換時間較長。

方案3：直接數(shù)字頻率合成技術(DDS)
     直接數(shù)字頻率合成技術完全擺脫了傳統(tǒng)的頻率合成技術的思路，即是通過對相位的運算來進行頻率合成的，它的主要理論依據(jù)是Nyquist抽樣定理對模擬信號進行采樣，經(jīng)量化后存入存儲器中，再通過尋址查找表輸出波形數(shù)據(jù)，經(jīng)DAC及濾波后恢復原波形來實現(xiàn)頻率合成的。
     優(yōu)點：利用DDS頻率合成技術的器件功耗低，體積小，其工作頻率范圍寬，頻率分辨率極高，頻率轉換時間極短。
     缺點：由于受限于器件可用的最高時鐘頻率，輸出頻率上限不能太高；由相位量化噪聲和幅度量化噪聲所形成的總輸出噪聲電平很高。

1.2 方案選擇

以上三種頻率合成技術是現(xiàn)代頻率合成技術的基礎，在性能上各有特點，相互之間起到了很好的互補作用。本文綜合三種技術采用的方案為：用CPLD開發(fā)板結合D/A芯片輸出模擬信號，實現(xiàn)信號發(fā)生器功能。作為信號發(fā)生器時，能夠產(chǎn)生三角波、正弦波和方波三種不同的波形，并且可以通過開發(fā)板上的按鍵來控制頻率和波幅的調節(jié)。

1.3 方案的總體框圖

圖1所示為系統(tǒng)的整體框圖。圖1中，控制模塊包括三個部分：外界輸入、命令分析和輸出指令。信號發(fā)生器模塊也包括指令輸入、選擇波形產(chǎn)生和輸出序列三個部分，其中在選擇波形產(chǎn)生中決定選擇波形的程序以及確定頻率和幅度的大小。

2 各模塊功能和實現(xiàn)

2.1 交互模塊

交互模塊的主要功能是按鍵輸入，交互模塊接口電路圖如圖2所示。

2.2 控制模塊

控制模塊的主要功能是接受按鍵信號，控制各模塊輸出數(shù)據(jù)格式其接口電路圖如圖3所示。

2.3 信號發(fā)生器模塊

該模塊實現(xiàn)信號發(fā)生器功能，接受控制模塊數(shù)據(jù)，處理并輸出給D/A芯片，信號發(fā)生器模塊接口電路圖如圖4所示。

數(shù)據(jù)處理模塊將從控制模塊接受到的數(shù)據(jù)轉化成波形、頻率、波幅信息，并將處理后的數(shù)據(jù)轉交給數(shù)據(jù)輸出模塊。

2.4 顯示模塊

SPI是串行外圍設備接口，SPI接口主要應用在EEPROM、FLASH、實時時鐘、AD轉換器，還有數(shù)字信號處理器和數(shù)字信號解碼器之間。Spi接口模塊電路圖如圖5所示。

3 結束語

本文介紹了用CPLD開發(fā)板結合D/A芯片輸出模擬信號，實現(xiàn)了信號發(fā)生器功能。作為信號發(fā)生器時，能夠產(chǎn)生三角波、正弦波、鋸齒波和方波四種不同的波形，并可以通過開發(fā)板上的按鍵來控制頻率和波幅的調節(jié)。本設計通過VGA顯示，用戶界面友好，操作便捷，有較強的實用性。