基于Flash型FPGA的信号源卡设计

摘要：介绍了一种基于Flash型FPGA的多路模拟重信号源设计方法，该系统以ACTEL公司的A3P125VQ100芯片为核心，实现了系统的软硬件结合。它包括数模转换单元、电源模块、多路模拟开关模块以及运算放大单元等，实现了电源独立的、频率可调的、不同波形的多路模拟量信号源。该系统通过编写程序可以产生正弦波、三角波、方波以及直漉波并实现1～500 Hz频率可调。研究的核心内容主要是通过FPGA控制D／A和多路模拟开关，通过D／A产生波形从多路模拟开关中送出，通过拨码开关在1～500 Hz的频率范围内控制选择，并且能够通过示波器观测到相应的频率的波形。
关键词：Flash；FPGA；信号源卡；多路选通；数模转换

0 引言
信号源广泛应用于电子电路、自动控制和科学试验等领域。它是一种为电子测量和计量工作提供符合严格技术要求的电信号设备。该设计可以模拟各种复杂信号，还可对频率进行动态、及时的控制。作为激励源，仿真各种测试信号，提供给被测电路，以满足测量或各种实际需要，并能够与其它模块，组成自动测试系统。该系统的设计，完整的实现了一个物理信号的产生，同时也包括信号发生器硬件的设计和软件的设计。

1 系统构成
系统工作原理如图1所示，通过JTAG接口把程序烧进芯片中后通过电源模块给所有芯片供电使得它们可以正常工作。FPGA上电后自动复位，通过拨动拨码开关选择需要输出的波形和波形的频率，FPGA通过接收到的命令不断的从RAM中读出数据给D／A转化器使其把数字信号转化成模拟信号，同时FPGA也控制多路模拟开关在确定的四路中进行不断的选通使得D／A转换完的模拟信号在肉眼无法识别的情况下感觉是同时从四路输出的信号，最后信号经过电压跟随器完整的输出，我们用示波器在对应的插针上就能够检测到相应的信号。

2 硬件设计
FPGA采用的是ACTEL公司A3P125-VQ100，该芯片是一歙Flash型的芯片，有30k个系统门，多达81个用户I／O口，350 MHz的系统性能。FPGA模块是由晶振电路、复位电路和下载电路这几部分组成。晶振为FPGA提供一个外接的CLK，复位电路是由一个电容和一个电阻组成，只要电源一给芯片上电就会自动复位，下载电路就是JTAG接口，通过该接口把下载的程序烧入到FPCA中。通过这几个外接电路组成一个FPGA模块。
控制电路模块是由拨码开关实现的，一部分用于信号选择，另一部分用于频率控制。该系统中一共有4种信号供选择，拨码开关只有0和1，所以只需用两个开关就能控制选择四种信号，在这里00表示直流，01表示正弦波，10表示三角波，11表示方波。那么拨码开关的1到9位是用来控制频率的，因为设计的要求是要控制1～500 Hz频率可调，而500用二进制表示为111110100共9位，所以频率可调就是通过控制拨码开关把需要的频率用二进制表示出来，通过一定的运算法则使得输出的波形频率为所要的频率。