任意波形发生器是一种能够生成多种不同类型波形信号的电子设备，广泛应用于科研、工程测试和产品设计等领域。本文着重介绍了基于现场可编程门阵列（Field-Programmable Gate Array, FPGA）技术设计和实现任意波形发生器的研究。
FPGA是一种基于查找表（Look-Up Table, LUT）和可配置互连的集成电路。其主要优势在于用户可以根据自己的需求对其编程来实现特定的硬件功能，具有高度的灵活性和可重复配置性。FPGA广泛应用于高性能计算、数字信号处理（Digital Signal Processing, DSP）、通信系统以及嵌入式系统中。
直接数字频率合成（Direct Digital Synthesis, DDS）技术是任意波形发生器设计中的关键技术。DDS技术利用数字信号处理技术，通过改变频率控制字和相位累加器的值来直接合成所需的波形信号。DDS技术能够快速进行频率切换、精确控制输出频率，并且输出信号的相位连续，非常适合生成任意波形。
在任意波形发生器设计中，主要存在两种实现方案：一种是采用专门的DDS芯片来实现所需功能，另一种是基于FPGA设计实现所需DDC电路。专用的DDS芯片通常采用只读存储器（Read-Only Memory, ROM）来存储波形数据，在出厂时波形数据已经被固化，因此在使用过程中不能根据用户的需求更改波形数据以生成任意波形。
相对而言，FPGA设计实现DDC电路具有更高的灵活性。因为FPGA内部包含了可编程的波形存储器，用户可以通过改变波形存储器中的数据来实现任意波形的输出，这使得基于FPGA的DDC电路在任意波形发生器设计上具有更高的应用价值。
本研究提出的任意波形发生器设计方案中，硬件系统是整个系统的核心，主要由波形生成电路、处理器、存储器、接口控制模块、波形选择电路以及系统硬件控制模块等组成。系统主要使用Nios II处理器、Flash存储器和SRAM存储器，以及系统功能逻辑模块，如总线接口电路、主控制模块、波形选择模块、DDS电路和D/A转换器等。其中，主控制模块负责接收CPU的命令并将其转换成控制指令，波形选择模块根据控制指令驱动硬件电路进入相应的模式，并对整个硬件系统进行控制和调节。DDS电路利用相位累加器、波形存储器及相关电路控制模块来实现波形的生成。
为了实现任意波形发生器，本研究通过改变DDS波形存储器中的数据来实现波形的输出。通过这种方式，任意波形发生器可以产生标准信号和非标准函数信号，特别适合于雷达导航、通信、电子对抗等装备的研究和生产。由于FPGA的资源容量、工作频率及集成度近年来都有了显著的提升，利用FPGA来实现DDS电路，不仅降低了成本，而且提升了任意波形发生器的性能。因此，本研究采用FPGA作为实现任意波形发生器的设计平台，充分体现了其在当前电子技术中的重要应用价值。
