[发明专利]一种基于FPGA的正弦信号发生器实现方法及实现装置

说明书

技术领域

本发明涉及计算机技术领域，具体涉及一种基于FPGA的正弦信号发生器实现方法，该方法适用于数字通信、制导控制、信号处理、电力电子等领域的应用。 

背景技术

在数字通信、制导控制、信号处理、电力电子等领域，如调制解调、变频调速、整流逆变等设备常常需要合成频率可变的正弦/余弦信号，特别是在某些变频和控制系统中，还需要对合成的多路正弦/余弦信号的相位关系进行调节，传统上计算三角函数一般使用查表法、多项式展开或近似的方法。这些方法不能兼顾速度、精度、简单性等方面的要求。 

在申请号为03124527.7湘潭师范学院公开申请了一种由基于FPGA的高精度任意波形发生器，它包括PC、 EPC2、接口电路、晶振、时标控制器、相位累加器、波形RAM区、波形个 数控制器、幅度直流分量控制电路、D/A转换器、低通滤波器，其中： 

所述PC用于输入波形参数数据、显示波形及控制波形的产生；

EPC2为串行配置芯片，用于FPGA上电转载文件；

接口电路，用于完成PC高速并行口EPP信号到 FPGA内部三总线的转换和地址译码；

晶振，用于产生一个精确的时钟信号， 作为时标控制器的基准信号；时标控制器，用于对晶振输出的信号进行分频；

相位累加器，用于在用户频率控制字、初相字的控制下，按其输入的 时钟产生满足用户频率、初相要求的准相位字；

波形RAM区，用于存储量化的波形幅值；

波形个数控制器，用于预置波形个数的控制；

幅度直流分量控制电路，用于输出幅度与直流分量的控制；

D/A转换器，用于将幅度直流分量控制电路数字波形信号转换成模拟信号；

低通滤波器，用于将D/A 转换器的输出信号进行滤波

上述这些方法不能兼顾速度、精度、简单性等方面的要求。

发明内容

本发明旨在提供一种能够兼顾速度、精度、简单性等方面要求的种基于FPGA的正弦信号发生器实现方法及实现装置。 

本发明提供了一种基于FPGA的正弦信号发生器实现方法,包括： 

当串行口接收到指令内容时，FPGA对接收到的指令数据进行串并转换，转换为并行数据；

FPGA根据指令内容更新初始相位寄存器、频率寄存器和幅值寄存器，把相位寄存器和频率寄存器中的值放入24位全加器后，通过累加器算出Ψt+ω，所述指令内容包括接收外部输入的相位、频率和幅度信息；

FPGA通过角度旋转运算来进行解算，运算完成后再结合幅值寄存器中的值进行幅度控制，得到Asin(Ψt+ω)的数字量值；

再将该数字量放入D/A转换器中，并由D/A通道分配出对应的通道，通过该通道输出模拟量正弦信号。

  

本方法的一种实例还包括：

预先获得存储相应指令内容数据对应数据各自寄存器的存储地址信息：相位数据存储在相位寄存器的对应存储地址信息，频率数据存储在频率寄存器的对应存储地址信息，幅度数据存储在幅度寄存器对应存储地址信息；

并将该指令内容数据和对应存储地址信息按照预先设定的格式存储，后再进行串并转换；

FPGA根据对应的存储地址信址信息来完成将指令内容数据更新初始相位寄存器、频率寄存器和幅值寄存器。

本方法的第二种实例通过累加器算出Ψt+ω这个角度之后还包括： 

对角度值进行相限映射；

再通过CORDIC运算计算出三角函数值；

再通过野值防止与处理，去掉跳变，由此获得正弦值。

本发明还提供一种基于FPGA的正弦信号发生器实现装置，以FPGA芯片为算法控制核心，在外围分别搭建包括RS422接口模块，电源模块，DA数模转换模块，并且FPGA芯片用于在本信号发生器中对角度旋转运算的信号幅值结果进行有效的平滑纠错处理，采用角度旋转实时运算模块生成信号的幅值 

所述FPGA芯片进一步包括：

相位寄存器：用于存储相位信息；

频率寄存器：用于存储频率信息；

幅度寄存器：用于存储幅度信息；

24位全加器：用于将该些数据按照预先设定的固定时隙进行相位累加；

累加器：还进一步连接24位全加器，用于判断是否满足累加的条件，如果是则将数据转至角度旋转运算器，如果不是，则进一步累加，并将结果返回至累加寄存器；