【浙江理工电赛】低频双相正弦信号发生器（F题） - 嘉立创EDA开源硬件平台

## 本项目获浙江理工大学第五届电子设计竞赛三等奖 #### 队伍编号：ZSTU023 #### 队伍成员：冯泽霖、罗浩伦、王宇航 #### 指导教师：吕军、戴燕云 ## 《校级电子设计竞赛》 设计总结报告 **题目：低频双相正弦信号发生器（F题）获奖情况：浙江理工大学第五届电子设计大赛校三等奖** # **1 设计任务与要求** 设计、制作一个低频双相信号发生器，它在特定的频率范围内输出两路\*\*\*独立\*\*\*的正弦波、方波、三角波、锯齿波、调制波（可\*\*\*程控设置\*\*\*产生信号的幅度、频率和相位差） ；并在 lcd 显示器上显示出当前两路信号输出的波形、频率、幅值以及相位差，在示波器上显示波形。 * **基本要求** ： * （1）两路信号独立，均可程控输出正弦波、方波、三角波和锯齿波；（10分） * （2）两路信号输出最大幅度不低于 3V，每路幅度单独程控可调，设置分辨率 100mv；（10分） * （3）两路信号频率范围从 1000Hz 到2000Hz 可调，步进值 10Hz，频率准确 度不低于 1%，且每路信号频率和步进值单独程控可调；（10分） * （4）产生两路频率相同的正弦信号，程控设置其相位差，可以在 0—360 度内变化，步进 10 度；（10分） * （5）产生的方波、锯齿波占空比在 1%—99%范围内可调，设置分辨率不低于 1%；（10分） * **发挥部分** ： * （1）两路信号输出最大幅度不低于 6V，每路幅度单独程控可调，设置分辨率不 低于 10mv；（5分） * （2）两路正弦信号频率步进值不大于 1Hz，频率准确度不低于 0.1%；（5分） * （3）两路同频正弦信号的相位差设置分辨率不大于 3 度；（10分） * （4）产生模拟幅度调制（AM）信号：在 100KHz~1MHz 范围内调制度 ma 可在10%~100%之间程控调节，步进量10%，正弦调制信号频率为100Hz；-（10分） * （5）产生模拟频率调制（FM）信号：在10KHz~1MHz 频率范围内产生1KHz最大频偏。且最大频偏可分为 500Hz/1KHz 二级程控调节，正弦调制信号为 100Hz；（10 分） * （6）花样输出：能在示波器上显示花样，例如：显示 W，V，L，N 等简易字母 的符号。（10分） * 说明 ： * 1、作品中\*\*\*不得使用集成DDS芯片，不得使用单片机片内的DAC，\*\*\*如果使用集成 DDS芯片，扣5分，如果使用单片机片内DAC，扣5分。 * 2、设计报告正文中应包括系统总体框图、波形发生原理、主要的测试结果。详细电路 原理图、程序或电路图、测试结果用附件给出。 * 3、指标中所指的幅度为\*\*\*峰峰值\*\*\*。 # **2 低频双相正弦信号发生器模块与软件设计** * **2.1 FPGA核心板** 使用以Altera公司飓风四代芯片Cyclone Ⅳ EP4CE6E22C8为核心的FPGA核心板进行开发，FPGA 器件属于专用集成电路中的一种半定制电路，是可编程的逻辑列阵，能够有效的解决原有的器件门电路数较少的问题。FPGA 的基本结构包括可编程输入输出单元，可配置逻辑块，数字时钟管理模块，嵌入式块RAM，布线资源，内嵌专用硬核，底层内嵌功能单元。由于FPGA具有布线资源丰富，可重复编程和集成度高，投资较低的特点，在数字电路设计领域得到了广泛的应用。使用FPGA核心板进行本题的制作，可以通过编程门阵列实现要求，达到\*\*\*完全程控\*\*\*的目标。 * **2.2 STM32F103VCT6核心板** 使用以意法半导体公司的STM32F103VCT6芯片为核心的开发板进行本题的制作。主流的Cortex内核具有极高的性能，丰富合理的外设、强大的软件支持以及全面丰富的技术文档让STM32开发板成为电子设计竞赛的不二之选。 * **2.3 DAC模块** 选用DAC900，10位分辨率，165MBPS高速差分电流输出的高性能数模转换器，超高速的速率完全满足本题的要求。在5V电源条件下，想实现6V的峰峰值是不可能的，故利用DAC900的差分输出，将差分电流输出转换为单端正负电压输出，最大值只需要达到±3V，可以方便地实现幅度要求。 * **2.4 后级放大电路** 以OPA695搭建同相放大器，OPA695是超宽带的电流反馈放大器，具有极高的转换速率和超宽的带宽，适用性很高。 * **2.5 系统软件设计** * **2.5.1 FPGA** 系统复位后，默认输出满量程1KHz正弦波，通过I/O口检测、接收STM32的命令，根据命令对输出波形进行处理。STM32默认拉低所有I/O口电平，当键盘发出指令时，拉高对应I/O口电平，FPGA对其进行判断并执行命令。 * **2.5.2 STM32** 系统启动后，进行系统的初始化、液晶初始化，等待按键中断，如果有按键按下后确认有按键按下，根据按键返回的值做相应处理。参数分别有通道选择、波形、频率、相位、占空比、幅度。 * **流程图：**  * **作品图：**  **STM32与FPGA代码已开源。**