基于FPGA的双路低频信号发生及分析仪（二）

　　4软件设计

　　4.1软件总体设计

　　软件部分主要包括信号产生模块、人机交互模块、频谱分析模块。整个系统的详细设计流程如图6所示。负责产生信号的FPGA通过扫描按键得到参数，送给数码管显示，并调用IP核产生各种波形n].输出信号的形状通过拨码开关控制负责信号分析的FPGA调用FFT核将频谱信号输出，并从频谱信号中将信号的频率和幅度参数显示出来。

　　4.2信号产生模块设计

　　先通过DDS技术建立正弦波、三角波、锯齿波的IP核和包含占空比控制字的方波IP核。系统启动后，由通道扫描按键输出数值并送给数码管显示，按下确定键后赋给频率、幅度、占空比或相位差等参数控制字，并调用IP核产生各种波形，再通过拨码开关选择输出的波形。参数的步进由按键控制。该模块的详细软件设计流程，如图7所示。

　　4.3频谱分析模块设计

　　4.3.1 FFT模块设计

　　FFT算法的主要思想就是将N点的序列分解为（N一1）/2,直到2点的DFT.目前的算法可以从时域和频域分别将分解成不同的子序列，前者称为时间抽选法，后者称为频率抽选法∞3.所谓时间抽选法，就是直接将z（挖）逐次分解成奇数子序列和偶数子序列，通过球子序列的DFT而实现整个序列的DFT.频率抽选法是在频域内将x（愚）逐次分解为偶数点子序列和奇数点子序列。然后对分得越来越短的子序列进行DFT运算，就可以得到整个频域内序列的FFT流图。FFT模块软件流程图如图8所示。

　　4.3.2频率幅度提取模块设计

　　频谱分析时将参数提取过程分成频率提取和幅度提取2个阶段。原信号经过A/D采样后进入频谱分析系统，输出频域信号。其中频率提取采用过门限法，首先设定频率提取的门限值，当频点的幅值超过设定门，频率即被系统提取出来，同时进入幅度提取过程。在幅度提取阶段，通过算法找出幅值大小，该值即为原信号的幅度。具体实现流程如图9所示。

　　5系统调试和测试

　　在系统硬件焊接完成及软件功能仿真、成功之后。接下来对整个系统进行调试，其过程如下：将信号产生部分的2个输出信号接入求和电路的输入端，再将求和后的信号输入频谱分析仪，将频谱信号送入示波器显示。观察示波器显示谱线与设置是否相符，并不断修正元器件参数和软件的的算法，以提高该系统的，避免理论与实际产生的偏差。

　　目前，本系统信号产生部分可以实现双路信号均可在正弦波、三角波、锯齿波、矩形波之间任意选择，频率可单独预制，范围为1~9 999 Hz,步进值10 Hz.幅度可单独预置，范围为0.1~7.5 V,步进值100 mV.可产生两路频率相同，相位差可调的正弦波信号，相位差预制范围为o~360.,步进值10产生的矩形波的占空比能在1%~99%预制，步进值1%.图10为本系统产生的低频信号，通道1是产生的三角波信号，通道2是产生的正弦波信号。

　　信号叠加电路能对信号发生器输出的两路频率和相位不同的信号进行合成。分析仪部分能对叠加之后的信号进行频域分析，并在显示器上显示叠加信号频谱图。分析仪能分别显示两路原正弦信号的幅度与频率。图11是经过FFT处理过的频谱图。

　　经过测试，该系统稳定可靠，达到了设计要求。其中低频信号产生部分测试结果如表1所示，频谱分析部分测试结果如表2所示。

　　6 结论

　　该双路低频信号发生及分析仪由信号产生模块、信号叠加模块和信号分析模块组成。运用硬件描述语言对FPGA进行设计，在完成了能产生可调幅度频率等参数的双路低频信号频率和幅度高于一般的DDS集成电路，并有调整矩形波占空比和正弦波相位差的功能。同时实现了对叠加后信号的频谱分析和频率幅度提取，可以直观地观察产生的双路信号叠加后的频谱，并得到相应参数，操作简单，易于实现。可以用作简单的信号产生器，信号叠加器和频谱分析仪。