基于CPLD的三相多波形函数发生器设计

    关键词：CPLD；直接数字频率合成；函数发生器；VHDL

１　引言

直接数字频率合成 ?Ｄｉｒｅｃｔ Ｄｉｇｉｔａｌ Ｓｙｎｔｈｅｓｉｓ ，ＤＤＳ?是２０世纪６０年代末出现的第三代频率合成技术。该技术从相位概念出发，以Ｎｙｑｕｉｓｔ时域采样定理为基础，在时域中进行频率合成。ＤＤＳ频率转换速度快，频率分辨率高，并在频率转换时可保持相位的连续，因而易于实现多种调制功能。ＤＤＳ是全数字化技术，其幅度、相位、频率均可实现程控，并可通过更换波形数据灵活实现任意波形。此外，ＤＤＳ易于单片集成，体积小，价格低，功耗小，因此ＤＤＳ技术近年来得到了飞速发展，其应用也越来越广泛。

基于ＣＰＬＤ和ＤＤＳ技术的函数发生器可以实现信号波形的多样化，而且方便可靠，简单经济，系统易于扩展，同时可大大提高输出信号的带宽。

２　系统原理

２．１ ＣＰＬＤ内部设计

ＣＰＬＤ的内部结构框图如图１所示，图中，首先由控制寄存器将外部控制器（如单片机）送入的数据转换为频率和幅度控制字；然后再由分频器根据频率控制字进行分频并将输出作为寻址计数器的时钟；寻址计数器的寻址空间为３６０字节，可对ＲＯＭ中的查找表进行寻址；而通过模３６０加法器可以产生１２０°的相位差。
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    ２．２ ＣＰＬＤ的外围电路

图２所示是ＣＰＬＤ的外围电路连接图。图中，ＣＰＬＤ幅度控制字经Ｄ／Ａ转换输出后，可作为查找表输出ＤＡＣ的参考电压，该参考电压可通过改变幅度控制字来进行改变，从而改变输出信号的幅度。

３　ＣＰＬＤ各模块的设计

３．１ 控制寄存器的设计

控制寄存器设计主要是将外部控制器输入的数据转换为频率和幅度控制字。其程序代码如下：

－－／／／／／／／／／／／／调库／／／／／／／／／／／／－－

ｅｎｔｉｔｙ ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ ｉｓ

ｐｏｒｔ（ｃｌｋ:ｉｎ ｓｔｄ_ｌｏｇｉｃ；

ｄａｔａｉｎ:ｉｎ ｓｔｄ_ｌｏｇｉｃ;

ａｄ:ｏｕｔ ｓｔｄ_ｌｏｇｉｃ_ｖｅｃｔｏｒ(1６ ｄｏｗｎ ｔｏ ０);

ｆｒｅｑ:ｏｕｔ ｓｔｄ_ｌｏｇｉｃ_ ｖｅｃｔｏｒ(１６ ｄｏｗｎ ｔｏ ０));

ｅｎｄ;

ａｒｃｈｉｔｅｃｔｕｒｅ ｄａｔａｆｌｏｗ ｏｆ ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｒ ｉｓ

ｓｉｇｎａｌ ｏｕｔ１:ｓｔｄ_ｌｏｇｉｃ_ｖｅｃｔｏｒ(１６ ｄｏｗｎ ｔｏ ０);

ｂｅｇｉｎ

ｓ２ｐ:ｐｒｏｃｅｓｓ(ｃｌｋ,ｄａｔａｉｎ)

ｖａｒｉａｂｌｅ ｔｅｍｐ:ｓｔｄ_ｌｏｇｉｃ_ｖｅｃｔｏｒ(１６ ｄｏｗｎ ｔｏ ０);?

ｂｅｇｉｎ

ｉｆ ｃｌｋ＇ｅｖｅｎｔ ａｎｄ ｃｌｋ＝‘１’ ｔｈｅｎ

ｔｅｍｐ:＝ｔｅｍｐ(１５ ｄｏｗｎ ｔｏ ０)＆ｄａｔａｉｎ;

ｅｎｄ ｉｆ;

ｏｕｔ１＜＝ｔｅｍｐ;

ｅｎｄ ｐｒｏｃｅｓｓ ｓ２ｐ;