基于CPLD和单片机的任意波形发生器设计

波形数据生成

MATLAB作为一款优秀的数学工具软件，具有强大的运算功能;可以方便的产生各种信号波形，在软件中实现波形信号的产生、抽样和模数转换。设计的任意波形发生器，数据存储器选用28C256芯片，信号波形通过MATLAB仿真产生;得到的波形数据存放在数据存储器28C256中。具体设计中，我们要求产生周期为200ms，脉宽为5ms的单/调频混合信号，其中单频信号的脉宽为4ms，频率为30KHz;调频信号的脉宽为1ms，频率为30KHz_35KHz。在MATLAB中设定抽样率为500KHz,得到了2500个波形数据。这些混合波形数据在烧录入数据存储器的过程中，由于波形数据较多，直接用手工录入数据存储器中不仅费时且容易出错。为克服这一弊端，通过MATLAB编程的方法将产生的波形数据按照HEX文件的INTEL格式存放,然后将这些波形数据整批次烧录入数据存储器中。采用上述方法，波形数据生成简单，快捷;可根据需要在软件程序中方便地修改信号参数;无需改动硬件电路即可实现信号参数的功能扩展。

CPLD逻辑设计

分频电路采用两片74HC163实现。通过分频电路，将12MHz的晶振标准频率分频后，得到500KHz的抽样频率，作为地址发生器的时钟。分频电路的工作由单片机控制。

地址发生器电路由3片74HC163组成，时钟频率为500KHz，有分频电路提供;和预存的波形数据抽样频率相一致，以实现数据的无失真读出。 电路设计中，采用ALTRA公司的EPM7128AETC100-10芯片，在MAX+PLUSⅡ开发环境中完成分频缏泛偷刂贩⑸器电路的设计;于CPLD的电路设计，可以省去大部分的中小规模集成电路和分离元件;使得电路具有集成度高、工作速度快、编程方便、价格低廉的显著优点。通过CPLD和数据预生成的信号实现方法，无需改变硬件电路，即可实现信号参数的任意调整;同时外围电路十分简单，为工程调试和应用带来了方便。

D/A转换电路

D/A转换电路的实现如图3所示。 电路中，AD7545将波形数据转换为模拟信号;LF353进行信号滤波和整形。

图3 D/A转换电路

结语

采用上述方法设计的任意波形发生器，通过软件和硬件结合，充分发挥MATLAB强大的仿真功能，尽可能的减少了硬件开销。根据实际需要，可产生正弦波、三角波、锯齿波、方波等多种波形，可以产生线性调频信号(LFM)，单频脉冲信号(CW)，余弦包络信号以及他们之间的组合信号等多种波形参数;满足了工程需要。该任意波形发生器已应用于在研项目“水中运动目标轨迹测量”中，效果良好。