一种基于FPGA的正弦波信号发生器的设计

摘要：现代测试领城中，经常需要信号发生器提供多种多样的的测试信号去检验实际电路中存在的设计问题。传统的信号发生器多采用模拟电路搭建。以正弦波信号发生器为例，结合DDS直接数字合成技术，基于FPGA设计其他外围电路构成正弦波信号发生器。相比传统的模拟信号发生器，该电路具有设计简单，升级容易，波形稳定等特点。
关键词：FPGA；DDS；正弦波信号发生器

O 引言
信号发生器是用来为各种电路提供测试信号的仪器，在工程应用和测试领域有着非常广泛的应用。目前传统的信号发生器是使用模拟电路或者专用芯片搭建而成，但是存在频率不商，稳定性较差，且不易扩展和调试的缺陷；而采用DDS直接数字频率合成技术设计的信号发生器，改变了以往的设计思路，在精度、灵活性上大大超越了模拟信号发生器。随着可编程逻辑器件FPGA的迅速发展，基于FPGA控制的DDS信号发生器使得电路设计更加简单，而且通过预留的端口可轻松进行二次开发。本文通过Altera公司的EPFl0K10LC84-4芯片，成功实现了正弦波信号发生器。

1 系统硬件结构
本系统由健盘电路、LED显示、FPGA单元、D／A转化和低通滤波器构成。以FPGA为主控制芯片，结合DDS直接数字频率合成技术产生正弦波信号。系统总体设计结构见图1。

1．1 键盘电路
在本系统中，通过键盘电路改变频率控制字K，从而实现对正弦信号的频率、相位的初始化设置。为了节省FPGA的I／O端口，简化硬件线路，键盘电路采用4×4矩阵式健盘。键盘共设有14个键，其中包括4个功能健。具体键盘按键设置如表1。

使用时先通过“0～9”、“↑”、“↑”12个设置按键输入所需信号频率，再按下ENTER执行健，频率控制字K将刷新，使得输出信号频率发生变化。CLR键用于将原有的设定值清零。