CN107368144B - 一种任意波形发生器及波形播放方法 - Google Patents

Abstract

本申请提供了一种任意波形发生器及波形播放方法，任意波形发生器包括：基于FPGA内部时钟管理资源的时钟管理模块、基于FPGA内部逻辑单元的USB总线控制模块、播放模式控制模块和波形输出模块以及基于FPGA内部静态随机存储器的波形数据存储模块。在本申请中，在播放模式控制模块中集成多种播放模式和多种触发策略，充分利用任意波形发生器的某一块存储空间，节约出更多存储空间，以这种方式提升存储能力，并在此基础上，上位机通过下发模式选择指令、播放起始地址、触发策略指令及模式初始化参数，从播放模式控制模块集成的多种播放模式和多种触发策略中恰当选择波形播放方式和触发策略，播放周期更长的高采样率的波形。

Description

一种任意波形发生器及波形播放方法

技术领域

本申请涉及电子技术领域，特别涉及一种任意波形发生器及波形播放方法。

背景技术

近年来随着电子科学技术及相关研究领域的快速发展，任意波发生器作为一种信号发生设备，在航空航天、通讯、自动化控制、电子精密仪器以及基础物理等前沿科研领域得到了广泛的应用。任意波形发生器除了可以产生常见的标准波形信号之外，还可以产生复杂的用户自定义任意波形信号。

但是，随着应用领域的扩展，人们对任意波发生器的采样率、波形存储深度等硬件指标的要求也越来越高。然而，越高的采样率意味着在同等的存储深度下，波形播放的时间将会越短，因此在保证高采样率的同时，若要延长波形播放时间，任意波形发生器需要提升其存储能力，但如何提升存储能力成为问题。

发明内容

为解决上述技术问题，本申请实施例提供一种任意波形发生器及波形播放方法，以达到提升存储能力，并播放周期更长的高采样率的波形的目的，技术方案如下：

一种任意波形发生器，包括：基于FPGA内部时钟管理资源的时钟管理模块、基于FPGA内部逻辑单元的USB总线控制模块、播放模式控制模块和波形输出模块以及基于FPGA内部静态随机存储器的波形数据存储模块；

所述时钟管理模块，用于接受外部参考时钟，并生成所述任意波形发生器中各个模块的工作时钟，使各个模块间的时钟同步；

所述USB总线控制模块，用于负责所述任意波形发生器和上位机的通信；

所述播放模式控制模块，集成有多种播放模式和多种触发策略，用于从所述USB总线控制模块中获取所述上位机下发的模式选择指令、播放起始地址、触发策略指令及模式初始化参数，并从多种所述播放模式中选取出所述模式选择指令对应的播放模式，从多种触发策略中选取出所述触发策略指令对应的触发策略，并从所述波形数据存储模块中读取所述播放起始地址对应的波形数据，按照所述模式初始化参数进行初始化配置，在完成初始化配置后，按照选取出的播放模式和触发策略对读取出的波形数据进行解码并播放；

所述波形数据存储模块，用于存储波形数据；

所述波形输出模块，用于输出所述播放模式控制模块播放的波形。

优选的，所述播放模式控制模块包括：

模式主控模块，用于从所述USB总线控制模块中获取所述上位机下发的模式选择指令和播放起始地址，解析所述上位机下发的模式选择指令，并根据解析出的模式选择指令中的播放模式序列或指定播放模式选择播放模式，并将所述播放起始地址发送至模式播放模块；

所述模式播放模块，用于从所述USB总线控制模块中获取所述上位机下发的触发策略指令及模式初始化参数，并接收所述播放起始地址，从多种触发策略中选取出所述触发策略指令对应的触发策略，并从所述波形数据存储模块中读取所述播放起始地址对应的波形数据，按照所述模式初始化参数进行初始化配置，在完成初始化配置后，按照选取出的触发策略及所述模式主控模块选择的播放模式，对读取出的波形数据进行解码并播放。

优选的，所述模式主控模块包括：模式跳转指令解析模块、模式跳转控制模块和选通控制模块；

所述模式跳转指令解析模块，用于解析所述模式选择指令，若解析出的模式选择指令中包括播放模式序列，则选通所述模式跳转控制模块，若解析出的模式选择指令中包括指定播放模式，则将解析出的模式选择指令中的模式编号及播放起始地址发送至所述选通控制模块；

所述模式跳转控制模块，用于从所述USB总线控制模块中获取所述播放模式序列中的模式编号及播放起始地址，并将获取到的模式编号及播放其起始地址按顺序存储在模式跳转向量表中，在接收到触发信号后，开始从所述模式跳转向量表中读取模式编号及播放起始地址，并将读取到的模式编号及播放起始地址发送至所述选通控制模块，在接收到所述模式播放模块的模式结束及触发反馈信号时，从所述模式跳转向量表中读取下一个模式编号及播放起始地址，并将读取到的模式编号及播放起始地址发送至所述选通控制模块；

所述选通控制模块，用于将所述指定播放模式对应的模式编号及播放起始地址发送至所述模式播放模块，或，将所述播放模式序列对应的模式编号及播放起始地址发送至所述模式播放模块。

优选的，所述模式播放模块包括至少一个模式播放子模块，所述模式播放子模块包括：触发控制模块和逻辑功能模块；

所述触发控制模块，用于接收外部触发信号和所述逻辑功能模块的反馈信号，并按照选取出的触发策略向所述模式跳转控制模块发送模式结束及触发反馈信号，并向所述逻辑功能模块发送触发控制信号；

所述逻辑功能模块，用于从所述波形数据存储模块中读取所述选通控制模块发送的播放起始地址对应的波形数据，并在自身播放模式为所述选通控制模块发送的模式编号对应的播放模式时，按照自身的解码逻辑以及地址跳转方式对读取到的波形数据进行解码，并响应所述触发控制信号输出解码后的波形数据。

优选的，所述播放模式控制模块集成的多种播放模式，包括：

连续播放模式、序列播放模式、单点拓展播放模式、相位同步播放模式、线性插值播放模式、扫频播放模式、扫幅播放模式、数字直接合成播放模式和模式序列播放模式。

优选的，所述播放模式控制模块集成的多种触发策略，包括：

单次触发策略、连续触发策略、序列单步触发策略、序列连续触发策略和事件触发策略。

一种波形播放方法，基于如上述任意一项所述的任意波形发生器，所述方法包括：

(a)、空闲状态，此状态下不进行任何操作，等候上位机发送指令，接收到上位机指令则执行步骤(b)，否则留在步骤(a)；

(b)、接收到上位机发出指令，进入操作指令判断，如果判断为非法指令则执行步骤(a)，判断为存储波形操作则执行步骤(c)，判断为检验数据则执行步骤(d)，判断为播放波形则执行步骤(e)；

(c)、将上位机发送的波形数据写入波形数据存储模块，然后返回步骤(a)；

(d)、从波形数据存储模块读出数据传回上位机，然后返回步骤(a)；

(e)、判断播放指令，若为非法格式，则返回步骤(a)；若判断为模式序列模式，则执行步骤(f)；若判断为模式选择字，则执行步骤(h)；

(f)、接收上位机传送的模式跳转向量表数据，初始化模式跳转向量表，并执行步骤(g)；

(g)、接收上位机传送的模式跳转触发策略，初始化模式跳转触发控制，并执行步骤(i)；

(h)、接收上位机传送的起始地址信息，传送到模式播放模块，并执行步骤(i)；

(i)、接收上位机传送的触发策略，设置模式播放模块的触发策略，若之前选择的是模式序列播放模式，则需要设置每一个被选择播放模式的触发策略，并执行步骤(j)；

(j)、接收上位机传送的初始化参数，设置模式播放模块的初始化参数，若之前选择的是模式序列播放模式，则需要设置每一个被选择播放模式的初始化参数，并执行步骤(k)；

(k)、播放波形，若收到新的指令则返回步骤(b)，否则留在步骤(k)。

与现有技术相比，本申请的有益效果为：

在本申请中，在播放模式控制模块中集成多种播放模式和多种触发策略，充分利用任意波形发生器的某一块存储空间，节约出更多存储空间，以这种方式提升存储能力，并在此基础上，上位机通过下发模式选择指令、播放起始地址、触发策略指令及模式初始化参数，从播放模式控制模块集成的多种播放模式和多种触发策略中恰当选择波形播放方式和触发策略，播放周期更长的高采样率的波形。

附图说明

为了更清楚地说明本申请实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本申请提供的任意波形发生器的一种逻辑结构示意图；

图2是本申请提供的播放模式控制模块的一种逻辑结构示意图；

图3是本申请提供的播放模式控制模块的另一种逻辑结构示意图；

图4是本申请提供的模式跳转控制模块的一种逻辑结构示意图；

图5是本申请提供的模式跳转向量表的数据结构示意图；

图6是本申请提供的模式播放子模块的一种逻辑结构示意图；

图7是本申请提供的单点拓展播放模式的数据存储格式示意图；

图8是本申请提供的线性插值播放模式的数据存储格式示意图。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

实施例一

请参见图1，其示出了本申请提供的任意波形发生器的一种逻辑结构示意图，任意波形发生器包括：基于FPGA(Field-Programmable-Gate-Arrays，现场可编程门阵列)内部时钟管理资源的时钟管理模块1、基于FPGA内部逻辑单元的USB(UniversalSerial Bus，通用串行总线)总线控制模块2、基于FPGA内部逻辑单元的播放模式控制模块3、基于FPGA内部逻辑单元的波形输出模块4以及基于FPGA内部静态随机存储器的波形数据存储模块5。

可以理解的是，基于FPGA是一种现场可编程逻辑器件，用户可以利用其提供的可编程逻辑门电路进行极高自由度的逻辑电路设计，并通过将生成的配置文件烧录进FPGA中来实现用户所定义的逻辑功能。FPGA的可编程门电路的特性决定了其在保持硬件电路高速实时处理能力的同时，还具有极高的使用灵活性的优势，本申请基于FPGA可以更加可靠的实现复杂的任意波形播放器的功能。

需要说明的是，时钟管理模块1与任意波形发生器中各个模块均有连接，但为了保证图1中连线清晰，隐藏了时钟管理模块1与部分模块的连线。

所述时钟管理模块1，用于接受外部参考时钟，并生成所述任意波形发生器中各个模块的工作时钟，使各个模块间的时钟同步。

所述USB总线控制模块2，用于负责所述任意波形发生器和上位机的通信。

所述播放模式控制模块3，集成有多种播放模式和多种触发策略，用于从所述USB总线控制模块2中获取所述上位机下发的模式选择指令、播放起始地址、触发策略指令及模式初始化参数，并从多种所述播放模式中选取出所述模式选择指令对应的播放模式，从多种触发策略中选取出所述触发策略指令对应的触发策略，并从所述波形数据存储模块5中读取所述播放起始地址对应的波形数据，按照所述模式初始化参数进行初始化配置，在完成初始化配置后，按照选取出的播放模式和触发策略对读取出的波形数据进行解码并播放。

所述波形输出模块4，用于输出所述播放模式控制模块3播放的波形。

所述波形数据存储模块5，用于存储波形数据。

在本申请中，在播放模式控制模块中集成多种播放模式和多种触发策略，充分利用任意波形发生器的某一块存储空间，节约出更多存储空间，以这种方式提升存储能力，并在此基础上，上位机通过下发模式选择指令、播放起始地址、触发策略指令及模式初始化参数，从播放模式控制模块集成的多种播放模式和多种触发策略中恰当选择波形播放方式和触发策略，播放周期更长的高采样率的波形。

本实施例中，播放模式控制模块3可以包括：模式主控模块31和模式播放模块32，如图2所示。

模式主控模块31，用于从所述USB总线控制模块2中获取所述上位机下发的模式选择指令和播放起始地址，解析所述上位机下发的模式选择指令，并根据解析出的模式选择指令中的播放模式序列或指定播放模式选择播放模式，并将所述播放起始地址发送至模式播放模块32。

可以理解的是，播放模式序列包括多个不同的播放模式。在解析出的模式选择指令中包括播放模式序列时，说明模式播放模块32需要按照播放模式序列中的各个播放模式依次对波形数据进行播放。

所述模式播放模块32，用于从所述USB总线控制模块2中获取所述上位机下发的触发策略指令及模式初始化参数，并接收所述播放起始地址，从多种触发策略中选取出所述触发策略指令对应的触发策略，并从所述波形数据存储模块5中读取所述播放起始地址对应的波形数据，按照所述模式初始化参数进行初始化配置，在完成初始化配置后，按照选取出的触发策略及所述模式主控模块31选择的播放模式，对读取出的波形数据进行解码并播放。

在本申请的另一个实施例中，对模式主控模块31和模式播放模块32进行介绍，具体如下：

请参见图3，模式主控模块31可以包括：模式跳转指令解析模块311、模式跳转控制模块312和选通控制模块313。

所述模式跳转指令解析模块311，用于解析所述模式选择指令，若解析出的模式选择指令中包括播放模式序列，则选通所述模式跳转控制模块312，若解析出的模式选择指令中包括指定播放模式，则将解析出的模式选择指令中的模式编号及播放起始地址发送至所述选通控制模块313。

所述模式跳转控制模块312，用于从所述USB总线控制模块2中获取所述播放模式序列中的模式编号及播放起始地址，并将获取到的模式编号及播放其起始地址按顺序存储在模式跳转向量表中，在接收到触发信号后，开始从所述模式跳转向量表中读取模式编号及播放起始地址，并将读取到的模式编号及播放起始地址发送至所述选通控制模块313，在接收到所述模式播放模块32的模式结束及触发反馈信号时，从所述模式跳转向量表中读取下一个模式编号及播放起始地址，并将读取到的模式编号及播放起始地址发送至所述选通控制模块313。

在本实施例中，模式跳转控制模块312是模式主控模块31中的重要部分，是实现模式序列跳转功能的核心部分，其内部架构请参见图4。如图4所示，模式跳转控制模块312可以包括：模式跳转向量表和跳转表管理模块。触发信号来自FPGA外部，由用户提供；模式结束及触发反馈信号由模式播放模块32给出，提示模式播放结束或预设事件发生。模式跳转模块将根据预设触发策略对这两种信号进行响应。

其中，模式序列跳转功能使用户可以将波形中不同特征的部分以最合适的存储方式进行存储，然后进行组合播放，节省存储空间。

模式跳转向量表，用于存储模式编号及播放起始地址。请参见图5，其示出了模式跳转向量表的数据结构，如图5所示，模式编号及播放起始地址为一组，各组模式编号及播放起始地址按顺序存放在模式跳转向量表中。

跳转表管理模块，用于从所述USB总线控制模块2中获取所述播放模式序列中的模式编号及播放起始地址，并将获取到的模式编号及播放其起始地址按顺序存储在模式跳转向量表中，在接收到触发信号后，开始从所述模式跳转向量表中读取模式编号及播放起始地址，并将读取到的模式编号及播放起始地址发送至所述选通控制模块313，在接收到所述模式播放模块32的模式结束及触发反馈信号时，从所述模式跳转向量表中读取下一个模式编号及播放起始地址，并将读取到的模式编号及播放起始地址发送至所述选通控制模块313。

所述选通控制模块313，用于将所述指定播放模式对应的模式编号及播放起始地址发送至所述模式播放模块32，或，将所述播放模式序列对应的模式编号及播放起始地址发送至所述模式播放模块32。

请参见图3，模式播放模块32可以包括：至少一个模式播放子模块。

可以理解的是，模式播放模块32中的各个模式播放子模块各自对应一个播放模式，各个模式播放子模块有各自的解码逻辑，在模式主控模块31选择出播放模式后，模式播放模块32将选通与模式主控模块31选择的播放模式相符的模式播放子模块，由选通的模式播放子模块执行波形数据的播放操作。

选通的方式可以为将与模式主控模块31选择的播放模式相符的模式播放子模块的使能信号置为逻辑高电平，使与模式主控模块31选择的播放模式相符的模式播放子模块进入工作状态。

请参见图6，其示出了模式播放子模块的具体结构。如图6所示，所述模式播放子模块包括：触发控制模块321和逻辑功能模块322。逻辑功能模块322代表不同播放模式的译码逻辑，触发控制模块321代表触发控制逻辑。用户通过上位机向触发控制模块321发送指令指定触发策略，向逻辑功能模块322发送指令指定逻辑功能中的必要参量。

所述触发控制模块321，用于接收外部触发信号和所述逻辑功能模块322的反馈信号，并按照选取出的触发策略向所述模式跳转控制模块312发送模式结束及触发反馈信号，并向所述逻辑功能模块322发送触发控制信号。

可以理解的是，按照选取出的触发策略向所述模式跳转控制模块312发送模式结束及触发反馈信号，用来提示模式跳转控制模块312模式播放结束以及预设事件发生。

按照选取出的触发策略向所述逻辑功能模块322发送触发控制信号，用于控制逻辑功能模块322做出相应反应，如控制逻辑功能模块322对波形数据开始解码或停止解码。

所述逻辑功能模块322，用于从所述波形数据存储模块5中读取所述选通控制模块313发送的播放起始地址对应的波形数据，并在自身播放模式为所述选通控制模块313发送的模式编号对应的播放模式时，按照自身的解码逻辑以及地址跳转方式对读取到的波形数据进行解码，并响应所述触发控制信号输出解码后的波形数据。

上述任意波形发生器中，所述播放模式控制模块3集成的多种播放模式，可以包括：连续播放模式、序列播放模式、单点拓展播放模式、相位同步播放模式、线性插值播放模式、扫频播放模式、扫幅播放模式、数字直接合成播放模式和模式序列播放模式。

本实施例中，分别对连续播放模式、序列播放模式、单点拓展播放模式、相位同步播放模式、线性插值播放模式、扫频播放模式、扫幅播放模式、数字直接合成播放模式和模式序列播放模式进行介绍，具体如下：

连续播放模式：

从指定内存起始地址开始依次读出波形幅值数据，到指定停止地址结束，播放数据采样率由时钟频率决定。波形幅值数据为16位，按照地址递增方式连续储存。

序列播放模式：

指定多组起止地址，依照序列中的顺序，依次对每段起止地址中的波形数据进行播放。波形间的播放连接由触发策略控制。序列存储在地址向量表中，每组起始地址与停止地址连续储存。每组地址指向一段连续的波形幅度数据，每个数据为16位，按照地址递增方式连续储存。

单点拓展播放模式：

在一个数据单元中存储该点的幅值信息和播放次数，播放时，持续播放该点到指定播放次数，然后进行下一个点的播放。请参见图7，其示出了单点拓展播放模式的数据存储格式。如图7所示，每个点的数据为32位，前16位指定播放次数，后16位指定该点幅值。

相位同步播放模式：

指定一种波形为主波形，在主波形播放过程中可按照设置插入其他波形，当插入波形播放时，主波形的地址同步变化，当插入波形播放结束时，回到主波形新地址继续播放，实现主波形与插入波形播放相位同步。

线性插值播放模式：

存储波形关键点信息，包括该点与前一关键点的幅度差和时间间隔。播放时，根据关键点的信息对中间点进行线性插值，进而获得折线波形。请参见图8，其示出了线性插值播放模式的数据存储格式。如图8所示，每个点数据为32位，包括1位符号位，表示幅度差的正负，中间15位表示两点时间间隔，后16位表示幅度差。

扫频播放模式：

在播放前预设扫频起始频率和结束频率以及每个频率播放周期和频率步进单位，并指定波形起始地址和结束地址，通过一个基于计数器的频率控制器对播放频率进行控制，并在播放完指定周期数后自动设定为新的播放频率继续播放，直到所有频率区间都被扫过。

扫幅播放模式：

在播放前预设扫幅起始幅度和结束幅度以及每个幅度播放周期和幅度步进单位，并指定波形起始地址和结束地址，通过调用FPGA内部的DSP资源进行定点小数运算实现对波形样点幅度的调制，并在播放完指定周期数后自动设定为新的播放幅度继续播放，直到所有幅度区间都被扫过。

数字直接合成(DDS，Direct Digital Synthesizer)播放模式：

通过FPGA内部多个DDS IP核，实现输出多个幅度、频率和相位不同的正弦信号，并通过合成，实现有限频率成分周期波形的输出。此模式只需要在预设参数时设置每一个DDS正弦波模块的频率字、幅度字和相位字即可，不占用波形数据存储模块5空间。

此模式还可以通过CORDIC(Coordinate Rotation Digital Computer，坐标旋转数字计算方法)IP核(intellectual property core，知识产权核)实现，在使用CORDIC IP核时同样需要设置正弦波模块的频率字、幅度字和相位字。相较于直接使用DDS IP核，CORDIC方法无查找表，节省了FPGA片上SRAM(Static Random Access Memory，静态随机存储器)资源，但是在首个波形数据输出时有16个时钟周期延迟时间。

模式序列播放模式：

在模式跳转控制模块312的协调下，该播放模式将实现按模式跳转向量表中所存储顺序调用上述各个模式进行波形播放，各个模式间的播放连接由触发策略控制。该播放模式的实现需要下述模式跳转控制模块312。

上述任意波形发生器中，所述播放模式控制模块3集成的多种触发策略，可以包括：单次触发策略、连续触发策略、序列单步触发策略、序列连续触发策略和事件触发策略。

本实施例中，分别对单次触发策略、连续触发策略、序列单步触发策略、序列连续触发策略和事件触发策略进行介绍，具体如下：

单次触发：

当一种播放模式被选择并配置完成后，一旦触发信号到来，则开始播放波形，直到该模式完成一次播放，之后电平置零。模式播放结束前不响应其他触发，模式播放结束后，当新的触发信号到来时，重新开始当前播放模式的播放，原参数不变。可设置延时，即在触发信号到来后进行延时再播放。

连续触发：

当一种播放模式被选择并配置完成后，一旦触发信号到来，则开始播放波形，直到该模式完成一次播放，之后立即重新开始播放。播放过程中，一旦有新的触发信号到来，则停止播放，输出零电平。可设置延时。

序列单步触发：

在序列模式或者模式序列播放中，当第一个触发信号到来后，序列中的第一个波形或者模式序列中的第一种模式开始播放，当波形播放结束后或者模式播放结束后，电平将置零，等待触发信号开始序列中下一个波形或下一种模式的播放。波形或某种模式播放期间，不响应新的触发。当整个序列播放结束后，如果还有新的触发信号到来，序列将重新开始播放。可设置延时。

序列连续触发：

在序列模式或者模式序列播放中，当第一个触发信号到来后，序列中的第一个波形或者模式序列中的第一种模式开始播放，当波形播放结束后或者模式播放结束后，序列将立即重新开始播放。当新的触发信号到来时，播放停止，输出零电平。可设置延时。

事件触发：

在序列模式或者模式序列播放中，当第一个触发信号到来后，序列中的第一个波形或者模式序列中的第一种模式开始播放。当用户定义事件发生后，如波形电平达到阈值，则立即退出当前正在播放的序列项，并开始播放序列中的下一项。当接收到外部触发信号时，播放停止，输出零电平。事件触发可以设置空事件，即采取外部触发作为事件信号，此时对于外部触发信号的响应和前面对用户定义事件的响应相同。

上述任意波形发生器中，所述FPGA具体可以为但不局限于Xilinx公司提供的SRAM型Virtex-7FPGA。具体即在Virtex-7FPGA上实现了一种多种播放模式、低成本、高集成度的任意波形发生装置，拥有着极其广泛的应用领域。本发明利用Virtex-7FPGA高性能、逻辑资源丰富的特点，在单片FPGA上集成了多种播放方式和触发策略，使用户可以通过恰当选择波形播放方式和触发策略，更有效率地利用存储空间，播放周期更长的高采样率高分辨率波形。本申请的任意波形发生器具体有以下特点：

播放模式丰富。本发明集成了连续播放模式、序列播放模式、单点拓展播放模式、相位同步播放模式、线性插值播放模式、扫频播放模式、扫幅播放模式、数字直接合成播放模式以及模式序列播放模式这9种播放模式，以及单次触发、连续触发、序列单步触发、序列连续触发以及事件触发这5种触发策略，并且播放模式与触发策略之间、模式序列与触发策略之间都可以进行任意组合，这使得整个任意波形发生器的波形播放方式达数十种。丰富的播放方式，允许用户通过选取最合适的播放方式来节约存储空间，使得波形发生器一次可以处理周期更长的高采样率高分辨率波形。

高度集成。本发明利用模块化设计思想，将多种播放以及触发策略集成在FPGA逻辑单元中，并利用FPGA内部SRAM资源作为波形数据存储单元，实现了任意波形发生器的高度集成。

低成本。单片FPGA成本约在2～3万元，单机成本约在5万元左右，而实现同样多种类播放模式可能需要数台不同的波形发生装置，这将大大增加成本，同时波形同步性也会大打折扣。

使用灵活。使用基于FPGA的波形发生器的一个最大优势就是灵活。定制ASIC(Application Specific Integrated Circuit，专用集成芯片)芯片实现波形发生器功能时，由于ASIC芯片功能固定，不能就不同使用场合做出调整，在一些使用灵活度较高的场合往往受到较大限制。而采用FPGA的波形发生器，利用其重复可编程的特点，只需要对代码做出微小改动并重新烧录，就可适应新的应用场合，而不需要对硬件做出改动。

在本申请的另一个实施例中，对波形播放方法进行介绍。波形播放方法基于上述实施例所示出的任意波形发生器，所述方法具体可以包括以下步骤：

(a)、空闲状态，此状态下不进行任何操作，等候上位机发送指令，接收到上位机指令则执行步骤(b)，否则留在步骤(a)。

(b)、接收到上位机发出指令，进入操作指令判断，如果判断为非法指令则执行步骤(a)，判断为存储波形操作则执行步骤(c)，判断为检验数据则执行步骤(d)，判断为播放波形则执行步骤(e)。

(c)、将上位机发送的波形数据写入波形数据存储模块，然后返回步骤(a)。

(d)、从波形数据存储模块读出数据传回上位机，然后返回步骤(a)。

(e)、判断播放指令，若为非法格式，则返回步骤(a)；若判断为模式序列模式，则执行步骤(f)；若判断为模式选择字，则执行步骤(h)。

(f)、接收上位机传送的模式跳转向量表数据，初始化模式跳转向量表，并执行步骤(g)。

(g)、接收上位机传送的模式跳转触发策略，初始化模式跳转触发控制，并执行步骤(i)。

(h)、接收上位机传送的起始地址信息，传送到模式播放模块，并执行步骤(i)。

(i)、接收上位机传送的触发策略，设置模式播放模块的触发策略，若之前选择的是模式序列播放模式，则需要设置每一个被选择播放模式的触发策略，并执行步骤(j)。

(j)、接收上位机传送的初始化参数，设置模式播放模块的初始化参数，若之前选择的是模式序列播放模式，则需要设置每一个被选择播放模式的初始化参数，并执行步骤(k)。

(k)、播放波形，若收到新的指令则返回步骤(b)，否则留在步骤(k)。

需要说明的是，本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可。对于装置类实施例而言，由于其与方法实施例基本相似，所以描述的比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。

最后，还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

以上对本申请所提供的一种任意波形发生器及波形播放方法进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本申请的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本申请的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本申请的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，综上所述，本说明书内容不应理解为对本申请的限制。

Claims (5)

1.一种任意波形发生器，其特征在于，包括：基于FPGA内部时钟管理资源的时钟管理模块、基于FPGA内部逻辑单元的USB总线控制模块、播放模式控制模块和波形输出模块以及基于FPGA内部静态随机存储器的波形数据存储模块；

所述时钟管理模块，用于接受外部参考时钟，并生成所述任意波形发生器中各个模块的工作时钟，使各个模块间的时钟同步；

所述USB总线控制模块，用于负责所述任意波形发生器和上位机的通信；

所述播放模式控制模块，集成有多种播放模式和多种触发策略，用于从所述USB总线控制模块中获取所述上位机下发的模式选择指令、播放起始地址、触发策略指令及模式初始化参数，并从多种所述播放模式中选取出所述模式选择指令对应的播放模式，从多种触发策略中选取出所述触发策略指令对应的触发策略，并从所述波形数据存储模块中读取所述播放起始地址对应的波形数据，按照所述模式初始化参数进行初始化配置，在完成初始化配置后，按照选取出的播放模式和触发策略对读取出的波形数据进行解码并播放；

所述播放模式控制模块包括：

模式主控模块，用于从所述USB总线控制模块中获取所述上位机下发的模式选择指令和播放起始地址，解析所述上位机下发的模式选择指令，并根据解析出的模式选择指令中的播放模式序列或指定播放模式选择播放模式，并将所述播放起始地址发送至模式播放模块；

所述模式播放模块，用于从所述USB总线控制模块中获取所述上位机下发的触发策略指令及模式初始化参数，并接收所述播放起始地址，从多种触发策略中选取出所述触发策略指令对应的触发策略，并从所述波形数据存储模块中读取所述播放起始地址对应的波形数据，按照所述模式初始化参数进行初始化配置，在完成初始化配置后，按照选取出的触发策略及所述模式主控模块选择的播放模式，对读取出的波形数据进行解码并播放；

所述模式主控模块包括：模式跳转指令解析模块、模式跳转控制模块和选通控制模块；

所述模式跳转指令解析模块，用于解析所述模式选择指令，若解析出的模式选择指令中包括播放模式序列，则选通所述模式跳转控制模块，若解析出的模式选择指令中包括指定播放模式，则将解析出的模式选择指令中的模式编号及播放起始地址发送至所述选通控制模块；

所述模式跳转控制模块，用于从所述USB总线控制模块中获取所述播放模式序列中的模式编号及播放起始地址，并将获取到的模式编号及播放其起始地址按顺序存储在模式跳转向量表中，在接收到触发信号后，开始从所述模式跳转向量表中读取模式编号及播放起始地址，并将读取到的模式编号及播放起始地址发送至所述选通控制模块，在接收到所述模式播放模块的模式结束及触发反馈信号时，从所述模式跳转向量表中读取下一个模式编号及播放起始地址，并将读取到的模式编号及播放起始地址发送至所述选通控制模块；

所述选通控制模块，用于将所述指定播放模式对应的模式编号及播放起始地址发送至所述模式播放模块，或，将所述播放模式序列对应的模式编号及播放起始地址发送至所述模式播放模块；

所述波形数据存储模块，用于存储波形数据；

所述波形输出模块，用于输出所述播放模式控制模块播放的波形。

2.根据权利要求1所述的任意波形发生器，其特征在于，所述模式播放模块包括至少一个模式播放子模块，所述模式播放子模块包括：触发控制模块和逻辑功能模块；

所述触发控制模块，用于接收外部触发信号和所述逻辑功能模块的反馈信号，并按照选取出的触发策略向所述模式跳转控制模块发送模式结束及触发反馈信号，并向所述逻辑功能模块发送触发控制信号；

所述逻辑功能模块，用于从所述波形数据存储模块中读取所述选通控制模块发送的播放起始地址对应的波形数据，并在自身播放模式为所述选通控制模块发送的模式编号对应的播放模式时，按照自身的解码逻辑以及地址跳转方式对读取到的波形数据进行解码，并响应所述触发控制信号输出解码后的波形数据。

3.根据权利要求1或2所述的任意波形发生器，其特征在于，所述播放模式控制模块集成的多种播放模式，包括：

连续播放模式、序列播放模式、单点拓展播放模式、相位同步播放模式、线性插值播放模式、扫频播放模式、扫幅播放模式、数字直接合成播放模式和模式序列播放模式。

4.根据权利要求1或2所述的任意波形发生器，其特征在于，所述播放模式控制模块集成的多种触发策略，包括：

单次触发策略、连续触发策略、序列单步触发策略、序列连续触发策略和事件触发策略。

5.一种波形播放方法，其特征在于，基于如权利要求1-4任意一项所述的任意波形发生器，所述方法包括：

(a)、空闲状态，此状态下不进行任何操作，等候上位机发送指令，接收到上位机指令则执行步骤(b)，否则留在步骤(a)；

(b)、接收到上位机发出指令，进入操作指令判断，如果判断为非法指令则执行步骤(a)，判断为存储波形操作则执行步骤(c)，判断为检验数据则执行步骤(d)，判断为播放波形则执行步骤(e)；

(c)、将上位机发送的波形数据写入波形数据存储模块，然后返回步骤(a)；

(d)、从波形数据存储模块读出数据传回上位机，然后返回步骤(a)；

(e)、判断播放指令，若为非法格式，则返回步骤(a)；若判断为模式序列模式，则执行步骤(f)；若判断为模式选择字，则执行步骤(h)；

(f)、接收上位机传送的模式跳转向量表数据，初始化模式跳转向量表，并执行步骤(g)；

(g)、接收上位机传送的模式跳转触发策略，初始化模式跳转触发控制，并执行步骤(i)；

(h)、接收上位机传送的起始地址信息，传送到模式播放模块，并执行步骤(i)；

(i)、接收上位机传送的触发策略，设置模式播放模块的触发策略，若之前选择的是模式序列播放模式，则需要设置每一个被选择播放模式的触发策略，并执行步骤(j)；

(j)、接收上位机传送的初始化参数，设置模式播放模块的初始化参数，若之前选择的是模式序列播放模式，则需要设置每一个被选择播放模式的初始化参数，并执行步骤(k)；

(k)、播放波形，若收到新的指令则返回步骤(b)，否则留在步骤(k)。

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