基于模拟电路的波形发生器设计(编辑修改稿)

基于模拟电路的波形发生器设计(编辑修改稿)内容摘要：

端，低电平有效， 与 ILE 共同作用，对 1WR 信号进行控制。 ILE 输入寄存器允许信号，高电平有效 1WR 为写信号 1，低电平有效，当 1WR ＝ 0， CS ＝ 0，且 ILE=1 时，将输入数据琐存到输入寄存器 2WR 为写信号 2，低电平有效，当 2WR ＝ 0， XFER ＝ 0 时，将输入寄存器中的数据缓冲到 8 位 DAC 寄存器内 XFER 为传输控制信号，低电平有效 输出线（ 3 条）： FBR 为集成运放的反馈线，常常接到集成运放的输出端。 OUT1I 和OUT2I 为两条模拟电流输出线。 OUT1I + OUT2I 为一常数，若输入数值量全为“ 1”时，则 OUT1I取最大值， OUT2I 取最小值；若输入全为“ 0”时， OUT1I 取最小值， OUT2I 取最大值。 电源线（ 4 条）： ccV 为电源输入线，可在 +5～ +15V 范围内选择。 refU 为参考电压，一般在 0～ +10V 范围，由稳压电源提供。 DGND 为数字量地线， AGND为模拟量地线。 邵阳学院毕业 设计 （论文） . 13 ②工作方式 由于 DAC0832 内部有两级缓冲寄存器，所以有三种工作方式可供选择： 直通工作方式 1WR 、 2WR 、 XFER 及 CS 接低电平， ILE 接高电平。 即不用写信号控制，外部输入数据直通内部 8 位 D/A 转换器的数据输入端。 单缓冲工作方式 2WR 、 XFER 接低电平，使 8 位 DAC 寄存器处于直 通状态，输入数据经过 8 位输入寄存器缓冲控制后直接进入 D/A 转换器。 双缓冲工作方式 两个寄存器均处于受控状态，输入数据要经过两个寄存器缓冲控制后才进入 D/A转换器。 这种工作方式可以用来实现多片 D/A转换器的同步输出。 ③ 转换公式 为了将模拟电流转换成模拟电压，需把 DAC0832 的两个输出端 OUT1I 和 OUT2I 分别接到运算放大器的两个输入端上，经过一级运放得到单级性输出电压 A1U。 D/A 转换单级性输出电路图如图 所示，该电路为 8 位数字量 07DD 经 D/A 转换器转换为单级性电压输出。 转换公式如下： 一级运放的输出电压：A1 REF 8DU =V 2 () D 为数字量的十进制数，即 7 6 1 07 6 1 0D = D 2 + D 2 + . . . + D 2 + D 2    当 REFV =5V 时， DAC0832 的转换表如表 所示。 表 DAC0832 转换表 参考电压 输入数据 输出电压 二进制 十进制数 十六进制 单级性输出 REFV 7D 6D 5D 4D 3D 2D 1D 0D D H A1U +5V 0 0 0 0 0 0 0 0 0 00 0V 1 0 0 0 0 0 0 0 128 80 1 1 1 1 1 1 1 1 255 FF 滤波电路设计 (1)滤波电路原理 滤波器是一种能使有用信号频率通过 ,同时抑制无用频率 成分的电路 ,广泛应用于电子、电气、通信、计算机等领域的信号处理电路中。 滤波器的种类很多，在本次设计中用到集成有源滤波器。 集成有源滤波器是由集成运放和电阻电容等器件组成邵阳学院毕业 设计 （论文） . 14 的。 随着电子技术、集成电路技术的迅速发展，集成有源滤波器在许多领域得到广泛应用。 在本次设计中，我们要滤除的频率分量主要是 D/A 转换器所产生的高频分量，与我们所要保留的信号频率相差很远，因此相对来说，滤波器在通带内的平坦程度对我们来说比其衰减陡度更为重要，本次设计选择一阶低通滤波器电路。 一阶低通滤波包含一个 RC 电路。 图 是一阶低通滤波电路。 (2)滤波电路参数计算 图 低通滤波电路 该滤波电路是反相放大器，其传递函数为 ：      0 f f 0fi 1 1 1 f fcU s Z s I GR1G S = = U s Z s I R 1+ sC R s1+w （ ） = () 上式 (22)中 ， f0 1RG R为零频增益 ， cw =ff1RC 为截止角频率。 其频率特性为 ：   0cGG jw w1+j w () 幅频特性为 ：   02cGG ωω1+ω () 相频特性为 ：  cωδ w = πa rc ta n ω () 已知截止频率 0f ， 先确定 R 的值，然后根据 cw = ff1/RC ， f f cC 1/ R w ，得出电容的值，再由电容值去求电阻值。 滤波信号是从运算放大器的同相端 输入的，所以应该选用共模输入范围较大的运算放大器。 运算放大器的增益带宽积应满足od up 0A A f ，取 od upA 100A。 一阶低通滤波器的缺点是 :阻带特性衰减太慢 ， 一般为20dB/10out， 所以这种电路只适用于对滤波特性要求不高的场合。 只适合于低频信号。 时钟电路 765T L 0 8 2 1 /2R1 5 . 1 K AOUTR2 7 . 2 K1 0 3U i n邵阳学院毕业 设计 （论文） . 15 时钟输入是波形发生器必不可少的一部分， 它能为 FPGA 提供时钟脉冲信号，考虑到 EDA 开发系统时钟输入的重要性，一个是 50MHz 的有源晶振作为时钟信号源输入，主要用 于输入大的时钟信号，为波形发生器提供基准的时钟脉冲输入。 有源晶振电路如图 所示： 1 32 4U5H O 1 2C LKV C C 图 有源晶振电路 有源晶振的驱动能力强，晶振频率比较大，能达到几百兆 Hz，采用有源晶振作为时钟源可以使电路的时钟扩大。 HO12 系列的有源晶振采用 TTL/HCMOS 技术，频率范围是 1000Hz1000MHz，这里我们采用的是 50MHz 的有源晶振。 下载电路 FPGA 配置可以使用专用的编程设备，也可以使用下载电缆。 电可擦除编程工艺的优点是编程后信息不会因掉电 而丢失，但编程的次数有限，编程的速度不快。 对于 SRAM 型 FPGA 来说，可反复进行配置，在加电时可随时更改逻辑，但掉电 后芯片中的信息丢失，每次上电时，必须重新载入信息，下载信息的保密性也不如前者。 使用 ALTERA 的 ByteBlaster(MV)并行下载电缆，连接 PC 机的并行打印口和需要编程或配置的器件，并与 MAX+PlusII配合可以对 ALTERA 公司的多种 CPLD、FPGA 进行配置或编程。 ByteBlaster(MV)下载电缆与 ALTERA 器件的接口一般是 10 芯的接口，其中 ByteBlaster(MV)与计算机并口连接。 MV 即混合电压的意思。 引脚对应 关系如图 所示， 10 芯连接信号如表 所示。 图 10 芯片下载口 表 芯接口各引脚信号名称 模式 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 PS DCK GND CONF_DONE VCC nCONFIG _ nSTATUS _ DATA0 GND 1 3 5 7 92 4 6 8 10邵阳学院毕业 设计 （论文） . 16 用 Altera 的 ByteBlaster(MV)并行下载电缆，连接 PC 机的并行打印机口和需要编程的器件，在线 配置 FPGA，调试非常的方便。 基于 SRAM LUT 的 FPGA 器件，由于是易失性器件，以 ICR(InCircuit Reconfigurability)即在线可重配置方式代替在线系统可编程 (ISP)。 电路可重配置是指允许在器件已经配置好的情况下进行重新配置，以改变电路逻辑结构和功能。 在利用 FPGA 进 行设计时可以利 用 FPGA的 ICR 特性，通过连接 PC 机的下载电缆快速地下载设计文件至 FPGA 进行硬件验证。 PS 被动串行模式 (MSEL1=0、 MSEL0=0)， PPS 被动并行同步模式(MSEL1= MSEL0=0)， PSA 被动串行异步模式 (MSEL1= MSEL0=0)，PPA 被动并行异步模式 (MSEL1= MSEL0=1)， JTAG 模式 (MSEL1=0、MSEL0=0)。 图 为 FPGA 芯片 PS 模式配置电路。 图 ByteBlaster（ MV）配置 FPGA 芯片介绍 (1)FPGA 的配置方式 在利用 FPGA进行设计时可以利 用 FPGA的 ICR特性，通过连接 PC机的下载电缆快速地下载设计文件至 FPGA进行硬件验证。 Altera的基于 SRAM LUT的 FPGA提供了五种配置模式 ， 这些模式通过 FPGA上的两个模式选择引脚 MSEL1和MSEL0和设定的电平来决定的。 FPGA的配置引脚功能 如下： MSEL0、 MSEL1：输入 ， (0， 0)为串行 配置 或使用 配置 器件模式； (1， 0)为并行同步模式； (1， 1)为并行异步模式。 nSTATUS： 双向集电极开路，上电后被器件拉低， 在 5uS之内， 被器件释放， (当使用一个专用配置器件时，专用加载器件将控制这个脚为低长达 200ms。 )这个管脚必须通过一个 1K电阻上拉到 VCCIO； 如果在配置过程中，如有错误发生，本管脚被器件拉；如果在配置或初始化过程中，有一个外部的信号源驱动本管脚为低，则器TCKTDOTMSTDIVCC VCCA L T E RA 的MA X 7000 系列器件VCCGNDGNDGNDByte Bla ste r10 芯接口引脚 1邵阳学院毕业 设计 （论文） . 17 件进入一个错误的状态；在配置或初始化之后，驱动本管脚为低，不会影响器件。 但是，如果使用 专用配置器件，驱动本管脚低将引起配置器件试图去配置 FLEX 器件。 nCONFIG：输入，配置控制引脚，由 01的跳变开始配置，由 10跳变则复位器件；当设定本管脚为 0时，所有 I/O为三态。 CONF_DONE：双向集电极开路，状态输出：在配置之前和配置过程中，器件驱动本管脚为 0，一旦所有配置数据都被接收并没有错误发生，则初始化时钟周期开始时器件释放本管脚；状态输入：在所有数据被接收后，本管脚为高电平，器件初始化，然后进入用户模式；本管脚必须通过一个 1K的电阻上拉到 VCCIO外部的信号源可以驱动本管脚为低， 来延迟初始化的过程，当使用一个配置器件进行配置除外，在配置以及初始化之后，驱动本管脚为低 ， 不影响配置器件。 DCLK：输入，时钟输入，用于从一个外部信号源输入时钟数据进入器件，在串行异步模式或并行异步模式配置中 ， DCLK应当被拉高， 不能悬空。 nCE：输入，低有效芯片使能，本管脚使用低电平使能器件来允许配置，对于单芯片配置应当被固定为低电平，在配置以及初始化过程和用户模式，本管脚必须固定为低电平；在级联时 ， 第一片的 nCE接地，前一片的 nCEO接后一片的 nCE。 nCEO：输出，当设备配置完成后被驱动为低电平。 在多器件配置过程中， 这个管脚用来连接后面器件的 nCE引脚， 最后一片的 nCEO悬空。 nRS：输入， 读选通输入： 对于 APEX II、 Mercury、 ACEX 1K、 APEX 20K 和 FLEX10K器件低电平表示在 DATA7引脚输出的是 RDYnBSY信号；对于 FLEX 6000 器件，低电平表示在 DATA引脚输出的是 RDYnBSY信号，如果 nRS 管脚没有使用，应该被固定连接到高电平。 RDYnBSY： 输出，忙闲信号：高电平表示器件准备好来存取另外字节的数据；高电平表示器件没有准备好接收另外字节的 数据。 nCS、 CS：输入， 片选择信号： nCS为低电平且 CS为高电平器件被使能可以进行配置，如果只有一个芯片选择输入被使用，那么另外一个必须被激活，在配置和初始化的过程中， nCS和 CS管脚必须被处于有效状态。 CLKUSR：输入， 可选的用户时钟输入信号：用在初始化过程中； (注：在 初始化过程中可以继续使用配置数据用的 DCLK，或者切换到用 CLKUSR)。 DATA[7..1]： 数据输入：并。