一种基于FPGA的李萨如图电信号合成实验仪的制作方法

本实用新型涉及一种电信号合成实验仪，特别是涉及一种基于FPGA的李萨如图电信号合成实验仪，属于电信号合成技术领域。

背景技术：

目前，在本科大学物理实验课程中，李萨如图形的演示是一个重点实验，在本科大学物理课程学习中，李萨如图形也常常出现在其他知识点的穿插学习中，比如声速的测量中需要用到李萨如图形来判别相位差，因此，设计一款李萨如图电信号合成实验仪不管是课堂上对本科教学，还是作为一种新型的大学物理实验演示器材，本实用新型都有着重要的意义。

现有的李萨如图形演示方法主要是通过调整函数信号发生器来产生两路发生信号，通过连接线将两路发生信号接入示波器中，合成的李萨如图形便显示在示波器上。这种演示方法在演示过程中有着如下的不足之处：

1.由不同的设备联合进行演示，统一性不强；

2.函数信号发生器和示波器体形都比较大，携带不便；

3.设备供电需要提前准备，受场地限制；

4.操作复杂，使用人员需熟悉函数发生器和示波器的使用方法；

5.一定程度上资源利用不合理，函数发生器和示波器用在演示李萨如图形显得大材小用。

技术实现要素：

本实用新型的主要目的是为了提供一种基于FPGA的李萨如图电信号合成实验仪，实现李萨如图形的便携演示。

本实用新型的目的可以通过采用如下技术方案达到：

一种基于FPGA的李萨如图电信号合成实验仪，包括微处理器、与所述微处理器相连的用于显示两路发生信号参数和合成信号参数的TFT显示屏、与所述微处理器相连的用于供电的后备电源模块、与所述微处理器连接的矩阵键盘、与所述微处理器相连的ADC模块、与所述微处理器相连的DAC模块及通过所述ADC模块和所述DAC模块连接的合成电路模块。

优选的，所述微处理器采用AX7010芯片作为核心微处理器。

优选的，所述AX7010芯片采用现场可编程逻辑门阵列FPGA程序。

优选的，所述矩阵键盘用于控制调整两路发生信号的振幅、频率和相位的增减改变。

优选的，两路发生信号经过所述ADC模块的数据通道接入所述合成电路模块，所述合成电路模块将合成好的李萨如波形经过所述DAC模块数据通道返回所述微处理器显示在所述TFT显示屏上。

本实用新型的有益技术效果：按照本实用新型的基于FPGA的李萨如图电信号合成实验仪，本实用新型提供的基于FPGA的李萨如图电信号合成实验仪，硬件电路将所需的AX7010芯片、矩阵键盘模块、ADC模块、DAC模块、合成电路模块、TFT显示屏、电源模块设计集成在一块电路板上，占用面积很小，易于携带，统一性高，不需要外加电源的情况下即能进行演示，用到的模块少，操作简单，操作人员和学习人员可以很快入门操作，节省了函数发生器和示波器资源，在课堂教学中利于师生之间的互动交流，提高学生的积极性和参与感。

附图说明

图1为按照本实用新型的基于FPGA的李萨如图电信号合成实验仪的一优选实施例的系统框图；

图2为本实用新型的采用现场可编程逻辑门阵列FPGA进行程序的设计AX7010芯片的BANK1电路图；

图3为本实用新型的采用现场可编程逻辑门阵列FPGA进行程序的设计AX7010芯片的BANK2电路图；

图4为本实用新型的采用现场可编程逻辑门阵列FPGA进行程序的设计AX7010芯片的BANK3电路图；

图5为本实用新型的采用现场可编程逻辑门阵列FPGA进行程序的设计AX7010芯片的BANK4电路图；

图6为本实用新型的采用现场可编程逻辑门阵列FPGA进行程序的设计AX7010芯片的BANK5电路图；

图7为本实用新型的采用现场可编程逻辑门阵列FPGA进行程序的设计AX7010芯片的BANK6电路图；

图8为本实用新型的采用现场可编程逻辑门阵列FPGA进行程序的设计AX7010芯片的BANK7电路图；

图9为本实用新型的采用现场可编程逻辑门阵列FPGA进行程序的设计AX7010芯片的BANK8电路图。

图中：1-微处理器，2-TFT显示屏，3-后备电源模块，4-矩阵键盘，5-ADC模块，6-DAC模块，7-合成电路模块。

具体实施方式

为使本领域技术人员更加清楚和明确本实用新型的技术方案，下面结合实施例及附图对本实用新型作进一步详细的描述，但本实用新型的实施方式不限于此。

如图1所示，本实施例提供的一种基于FPGA的李萨如图电信号合成实验仪，包括微处理器1、与所述微处理器1相连的用于显示两路发生信号参数和合成信号参数的TFT显示屏2、与所述微处理器1相连的用于供电的后备电源模块3、与所述微处理器1连接的矩阵键盘4、与所述微处理器1相连的ADC模块5、与所述微处理器1相连的DAC模块6及通过所述ADC模块5和所述DAC模块6连接的合成电路模块7。

在本实施例中，如图1所示，所述微处理器1采用AX7010芯片作为核心微处理器，所述AX7010芯片采用现场可编程逻辑门阵列FPGA程序，所述矩阵键盘4用于控制调整两路发生信号的振幅、频率和相位的增减改变，两路发生信号经过所述ADC模块5的数据通道接入所述合成电路模块7，所述合成电路模块7将合成好的李萨如波形经过所述DAC模块6数据通道返回所述微处理器1显示在所述TFT显示屏2上。

在本实施例中，如图1所示，本实施例所设计的李萨如图电信号合成实验仪以便携式携带、便于操作演示、脱离传统限制因素为出发点，要求电源模块实现对整个演示装置供电且保证供电时间，AX7010芯片、ADC模块、DAC模块、合成电路模块通力合作实现两路发生信号的产生与李萨如图形的合成，要求TFT显示屏实时显示两路发生信号和合成李萨如图形，在大学本科相关课程学习时，通过此装置便于在课堂演示且实现师生之间的互动，加强学生对李萨如图形的印象，另外，本实施例也有一定的市场应用性，可以用于一般的电工工程演示与无线电技术中的模拟。

在本实施例中，如图1所示，李萨如图形是由在互相垂直的方向上的两个频率成简单整数比的简谐振动所合成的规则的、稳定的闭合曲线，李萨如曲线由以下参数方程定义：

x(θ)＝a sinθ

其中，n≥1且

n称为曲线的参数，是两个正弦振动的频率比，若比例为有理数，则参数方程可以写作：

x(θ)＝a sin(pθ)

其中：0≤θ≤2π。

在本实施例中，本实施例李萨如图电信号合成实验仪的工作原理如下：利用AX7010芯片作为核心处理器，采用现场可编程逻辑门阵列FPGA进行程序的设计，后备电源模块给整个演示装置供电，矩阵键盘模块用来控制调整两路发生信号振幅、频率和相位的增减改变，两路发生信号经过ADC模数转换通道接入合成电路，将合成好的李萨如波形经过DAC数模转换通道返回核心处理器显示在TFT显示屏上。

在本实施例中，图2为AX7010芯片的BANK1电路图；图3为AX7010芯片的BANK2电路图；图4为AX7010芯片的BANK3电路图；图5为AX7010芯片的BANK4电路图；图6为AX7010芯片的BANK5电路图；图7为AX7010芯片的BANK6电路图；图8为AX7010芯片的BANK7电路图；图9为AX7010芯片的BANK8电路图。

在本实施例中，本实施例李萨如图电信号合成实验仪具有硬件电路结构简单、性价比高、便于演示、易于携带等优点。

综上所述，在本实施例中，按照本实施例的基于FPGA的李萨如图电信号合成实验仪，本实施例提供的基于FPGA的李萨如图电信号合成实验仪，硬件电路将所需的AX7010芯片、矩阵键盘模块、ADC模块、DAC模块、合成电路模块、TFT显示屏、电源模块设计集成在一块电路板上，占用面积很小，易于携带，统一性高，不需要外加电源的情况下即能进行演示，用到的模块少，操作简单，操作人员和学习人员可以很快入门操作，节省了函数发生器和示波器资源，在课堂教学中利于师生之间的互动交流，提高学生的积极性和参与感。

在本实施例中，利用AX7010芯片作为核心微处理器(1)，采用现场可编程逻辑门阵列FPGA进行程序的设计，后备电源模块给整个演示装置供电，矩阵键盘模块用来控制调整两路发生信号振幅、频率和相位的增减改变，两路发生信号经过ADC模数转换通道接入合成电路，将合成好的李萨如波形经过DAC数模转换通道返回核心微处理器(1)显示在TFT显示屏上；本实施例提供的基于FPGA的李萨如图电信号合成实验仪具有硬件电路结构简单、性价比高、便于演示、易于携带等优点。

以上所述，仅为本实用新型进一步的实施例，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型所公开的范围内，根据本实用新型的技术方案及其构思加以等同替换或改变，都属于本实用新型的保护范围。