基于FPGA的多功能电子测量系统的研究与实现

摘要

随着计算机和微电子技术的飞速发展，基于数字信号处理的示波器、信号发生器、逻辑分析仪和频谱分析仪等测量仪器已经应用到各个领域并且发挥着重要作用，但这些仪器昂贵的价格阻碍了它们的普遍使用。 本文针对电子测量仪器技术发展和普及的情况，结合用FPGA实现数字信号处理的优势，研究一种基于FPGA的辅助性独立电予测量仪器的软件系统。这种仪器可以作为数模混合电路测试和验证的工具，用来观察模拟信号波形、数字信号时序波形、模拟信号的幅度频谱，也可以用来产生DDS信号。在硬件选择上，使用具有Altera公司CycloneⅡ器件的平台来实现单片DSP系统，这种芯片成本低廉、工作速度快、技术兼容性好；在软件设计上，采用基于FPGA的可编程数字逻辑设计方法，这种方法具有开发难度小、功能扩展简单等优点。设计中采用的关键技术包括：基于FPGA和IP Core的Verilog HDL设计、数据采集、数据存储、数据处理以及数据波形的实时显示。对这些技术的研究探讨不仅有理论研究价值，在科学实验和产品设计中同样具有重要的实用价值。系统的设计以低资源、高性能为目标，设计中采用了科学的模块划分、设计与集成的方法，在保持原四种信号处理功能不变的前提下，尽量多的节约各种FPGA资源，为实现低成本的辅助电子测量仪器提供了可能。

目录

文摘

英文文摘

声明

第一章绪论

1.1研究背景

1.1.1电子测量仪器的发展

1.1.2用FPGA实现数字信号处理的优势

1.1.3几种主要的电子测量仪器

1.2研究意义

1.3研究目标

1.4研究内容

1.5论文的总体结构

第二章相关理论

2.1直接数字频率合成技术

2.2逻辑分析仪

2.2.1逻辑分析仪基本原理

2.2.2逻辑分析仪主要技术指标

2.3快速傅里叶(FFT)算法

2.3.1 FFT的基本原理

2.3.2 FFT算法分类

2.4本章小结

第三章可编程逻辑器件及其软件设计

3.1现场可编程门阵列(FPGA)

3.1.1 FPGA的分类

3.1.2 FPGA的基本结构

3.2选择FPGA芯片

3.2.1 Cyclone Ⅱ系列器件的结构特点

3.2.2 Cyclone Ⅱ芯片的配置与下载

3.3可编程逻辑器件的软件设计

3.3.1 EDA设计流程

3.3.2 verilog HDL语言简介

3.3.3提高设计效率

3.4本章小结

第四章系统功能模块设计与集成

4.1直接数字频率合成器设计

4.1.1 DDS的顶层结构

4.1.2 DDS的FPGA实现

4.1.3 DDS接口信号波形仿真与资源利用情况

4.2 10路逻辑分析系统设计

4.2.1逻辑分析系统的总体结构

4.2.2逻辑分析系统的FPGA实现

4.2.3逻辑分析系统时序仿真与资源利用情况

4.3频谱分析系统设计

4.3.1频谱分析系统总体结构

4.3.2频谱分析系统的FPGA实现

4.3.3频谱分析系统时序仿真与资源利用情况

4.4系统集成

4.4.1集成系统的总体结构

4.4.2集成系统的FPGA实现

4.4.3系统时序仿真与资源使用情况

4.5本章小结

第五章系统功能演示及资源利用统计

5.1系统功能演示

5.2系统集成前后节约资源统计

5.3本章小结

总结

一、结论

二、展望

参考文献

攻读学位期间发表的论文

致谢