基于Flash型FPGA的信號(hào)源卡設(shè)計(jì)

摘要：介紹了一種基于Flash型FPGA的多路模擬重信號(hào)源設(shè)計(jì)方法，該系統(tǒng)以ACTEL公司的A3P125VQ100芯片為核心，實(shí)現(xiàn)了系統(tǒng)的軟硬件結(jié)合。它包括數(shù)模轉(zhuǎn)換單元、電源模塊、多路模擬開(kāi)關(guān)模塊以及運(yùn)算放大單元等，實(shí)現(xiàn)了電源獨(dú)立的、頻率可調(diào)的、不同波形的多路模擬量信號(hào)源。該系統(tǒng)通過(guò)編寫(xiě)程序可以產(chǎn)生正弦波、三角波、方波以及直漉波并實(shí)現(xiàn)1～500 Hz頻率可調(diào)。研究的核心內(nèi)容主要是通過(guò)FPGA控制D／A和多路模擬開(kāi)關(guān)，通過(guò)D／A產(chǎn)生波形從多路模擬開(kāi)關(guān)中送出，通過(guò)撥碼開(kāi)關(guān)在1～500 Hz的頻率范圍內(nèi)控制選擇，并且能夠通過(guò)示波器觀(guān)測(cè)到相應(yīng)的頻率的波形。
關(guān)鍵詞：Flash；FPGA；信號(hào)源卡；多路選通；數(shù)模轉(zhuǎn)換

0 引言
信號(hào)源廣泛應(yīng)用于電子電路、自動(dòng)控制和科學(xué)試驗(yàn)等領(lǐng)域。它是一種為電子測(cè)量和計(jì)量工作提供符合嚴(yán)格技術(shù)要求的電信號(hào)設(shè)備。該設(shè)計(jì)可以模擬各種復(fù)雜信號(hào)，還可對(duì)頻率進(jìn)行動(dòng)態(tài)、及時(shí)的控制。作為激勵(lì)源，仿真各種測(cè)試信號(hào)，提供給被測(cè)電路，以滿(mǎn)足測(cè)量或各種實(shí)際需要，并能夠與其它模塊，組成自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)。該系統(tǒng)的設(shè)計(jì)，完整的實(shí)現(xiàn)了一個(gè)物理信號(hào)的產(chǎn)生，同時(shí)也包括信號(hào)發(fā)生器硬件的設(shè)計(jì)和軟件的設(shè)計(jì)。

1 系統(tǒng)構(gòu)成
系統(tǒng)工作原理如圖1所示，通過(guò)JTAG接口把程序燒進(jìn)芯片中后通過(guò)電源模塊給所有芯片供電使得它們可以正常工作。FPGA上電后自動(dòng)復(fù)位，通過(guò)撥動(dòng)撥碼開(kāi)關(guān)選擇需要輸出的波形和波形的頻率，F(xiàn)PGA通過(guò)接收到的命令不斷的從RAM中讀出數(shù)據(jù)給D／A轉(zhuǎn)化器使其把數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)化成模擬信號(hào)，同時(shí)FPGA也控制多路模擬開(kāi)關(guān)在確定的四路中進(jìn)行不斷的選通使得D／A轉(zhuǎn)換完的模擬信號(hào)在肉眼無(wú)法識(shí)別的情況下感覺(jué)是同時(shí)從四路輸出的信號(hào)，最后信號(hào)經(jīng)過(guò)電壓跟隨器完整的輸出，我們用示波器在對(duì)應(yīng)的插針上就能夠檢測(cè)到相應(yīng)的信號(hào)。

2 硬件設(shè)計(jì)
FPGA采用的是ACTEL公司A3P125-VQ100，該芯片是一歙Flash型的芯片，有30k個(gè)系統(tǒng)門(mén)，多達(dá)81個(gè)用戶(hù)I／O口，350 MHz的系統(tǒng)性能。FPGA模塊是由晶振電路、復(fù)位電路和下載電路這幾部分組成。晶振為FPGA提供一個(gè)外接的CLK，復(fù)位電路是由一個(gè)電容和一個(gè)電阻組成，只要電源一給芯片上電就會(huì)自動(dòng)復(fù)位，下載電路就是JTAG接口，通過(guò)該接口把下載的程序燒入到FPCA中。通過(guò)這幾個(gè)外接電路組成一個(gè)FPGA模塊。
控制電路模塊是由撥碼開(kāi)關(guān)實(shí)現(xiàn)的，一部分用于信號(hào)選擇，另一部分用于頻率控制。該系統(tǒng)中一共有4種信號(hào)供選擇，撥碼開(kāi)關(guān)只有0和1，所以只需用兩個(gè)開(kāi)關(guān)就能控制選擇四種信號(hào)，在這里00表示直流，01表示正弦波，10表示三角波，11表示方波。那么撥碼開(kāi)關(guān)的1到9位是用來(lái)控制頻率的，因?yàn)樵O(shè)計(jì)的要求是要控制1～500 Hz頻率可調(diào)，而500用二進(jìn)制表示為111110100共9位，所以頻率可調(diào)就是通過(guò)控制撥碼開(kāi)關(guān)把需要的頻率用二進(jìn)制表示出來(lái)，通過(guò)一定的運(yùn)算法則使得輸出的波形頻率為所要的頻率。