波形发生器高手必看，任意波形发生器连接设计

波形发生器知识较多，学习波形发生器需要循序渐进。若大家想了解波形发生器，可翻阅小编往期文章。本文对于波形发生器的介绍，主要在于讲解如何基于CPLD技术和RS-232串口实现任意波形发生器连接设计。如果你对本文即将介绍的内容存在兴趣，不妨继续往下阅读哦。

任意波形发生器(Arbitrary　Wave　Generator，以下简称AWG)在通信系统、测试系统等方面得到广泛应用。本文利用自主研制的150　MSPS　(Million　Sampling　Per　Second)12位DAC(Digital　Analog　Converter)和300MSPS　12位DAC，基于CPLD技术，设计了一种AWG。要产生的波形通过上位机软件设置，然后将波形数据下载到AWG，AWG在CPLD的高速控制电路下将波形数据送高速DAC进行转换形成所要的波形。下面先分析AWG的硬件结构。

任意波形发生器的硬件结构

AWG的工作过程是，首先接收上位机送来的波形数字信号存储到SRAM，然后启动控制电路从SRAM取出数据送DAC进行数摸转换，转换后的模拟信号送低通滤波器形成波形。如果DAC工作在150MSPS的速度下，可以以150MHz的频率送数据到DAC进行转换，微控制器的晶振输入一般工作在40MHz以下，没有这么高的速度送出数据到DAC，所以考虑采用CPLD构建硬件控制电路。数据首先传送到SRAM，然后在CPLD硬件控制电路的控制下，以150MHz的频率从SRAM中取数送DAC转换。其体系结构如图一所示。如果要形成正弦周期信号，每周期4个点就可以合成一个波形，此时可以输出约38MHz的高频信号。

本装置中，CPLD采用Altera公司的EPM7128AE，其最高工作频率达200MHz。微控制器采用Atmel公司AVR微控制器AT90S8515，其主要特征有：增强型RISC体系结构CPU，8K　Flash，512字节EEPROM，512字节Internal　SRAM，UART，SPI，宽电压范围：2.7-6.0V。SRAM选用64K　x　16的CY7C1021V。

下面对CPLD控制电路进行分析。

CPLD电路设计

CPLD主要负责以高速率(150MHz)从SRAM中取数到DAC，其核心电路是一个13位的计数器。波形数据文件的大小为8Kbytes。如果要扩大波形文件的大小，可以根据需要增加CPLD的地址计数器容量。在CPLD内部构造的DAC控制电路如图二所示，下面对其控制流程进行分析。

PA[15:0]接AT90S8515的2个8位并行口;D[15:0]接SRAM的数据线D0-D15;AD[12:0]接SRAM的地址线A0-A12;DB[15:0]接DAC的D0-D11(D12-D15不用);CLK_SEL选择计数器的时钟输入方式;CLK_AVR接MCU的一个I/O端，通过软件编程在CLK_AVR输出脉冲信号作为计数器的时钟;CLK_CPLD接150MHz时钟信号;/WR和/WE接MCU的I/O端。

当PC机下载数据时，其控制流程如下：

①CLK_SEL=0，选择软件时钟

②复位地址计数器

③MCU送数据到PA[15：0]

④/WR从0变到1，打开从MCU到SRAM的数据缓冲器将数据写入SRAM

⑤给CLK_AVR一个脉冲，让计数器增1从而指向SRAM的下一个接收地址单元。

当数据下载完成后，启动CPLD从SRAM取数据到DAC，其控制流程如下：

①WE=1，打开从SRAM到DAC的缓冲器。

②CLK_SEL=1，计数器的输入时钟选择150MHz的外部时钟，

③复位地址计数器，外部高速时钟的驱动下地址计数器开始计数，从SRAM中取出数据送到DAC进行数据转换。

CPLD的编程在QuartusII5.0环境下进行，Quartus的设计输入支持AHDL、VHDL、Verilog　HDL等硬件描述语言的程序输入和图形输入，这里采用图形输入的方式。完成设计输入后，依次进行编译、功能仿真、时序仿真。下图三是CPLD取数据到DAC进行转换的时序仿真结果。图中CPLD的工作频率为125MHz，实际工作中最高工作在200MHz，从图中可以看出，每来一个时钟，CPLD从SRAM中取出一个数据送DAC进行A/D转换。最后将结果下载到CPLD内部运行。

软件设计

AWG的软件采用CodeVision　AVR　C编写，AT90S8515支持ISP(In　System　Programming，在系统编程)，程序编译后经JTAG口下载到AT90S8515中。为配合该装置的使用，我们在VB开发环境下设计了上位机软件，其运行界面如图四所示，在该软件中选择要产生的波形，然后下载到AWG。

AWG和PC机采用RS-232串口通信，上电运行后等待PC传送波形，接收完波形数据后，启动CPLD从SRAM中取出数据送DAC进行D/A转换，经低通滤波器形成输出波形。

AWG和PC机通过RS232串口连接后，运行PC机软件，在PC机上选择要生成的波形，生成波形数据下载到AWG，可以选择线性调制技术的绝对相移键控(BPSK)、相对相移键控(DPSK)、四相相移键控(QPSK)、交错正交相移键控(OQPSK)、π/4偏移差分相移键控(π/4—DQPSK)，恒包络调制的二进制频移键控(FSK)、最小频移键控(MSK)、高斯滤波最小频移键控(GMSK)，混合线性和恒包络调制技术的M相相移键控(MPSK)、多进制正交幅度调制(QAM)、多进制频移键控(MFSK)等波形，下载到AWG生成所要的波形。下图五是DAC工作在125MHz下合成的2FSK(Frequency　Shift　Key)波形。

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