Vícekanálový generátor fázově posunutých obdélníkových signálů

Abstract

Tato bakalářská práce popisuje návrh a implementaci modulárního open-source FPGA generátoru obdélníkových signálů s nastavitelnou výstupní frekvencí. Výsledné zařízení je založené na dostupném DE0-Nano kitu a je vhodné k využití v oblasti distribuované manipulace. Poskytuje 64 výstupních kanálů, jejichž fázové posuny a střídy jsou nastavitelné s rozlišením 360 dílků na periodu. Tato nastavení lze updatovat přes UART s frekvencí 150 Hz. V případě, že se mění jen fázové posuny nebo jen střídy, stoupá tato frekvence na 300 Hz. Zařízení je také schopné se synchronizovat s dalšími zařízeními stejného typu, což umožňuje použití více než 64 výstupních kanálů. K realizaci této synchronizace byl navržen propojovací PCB shield, který umožňuje propojit až 4 generátory. Na konci práce je ukázáno, že výstupní signály zůstávají přesné a synchronizované i v případě, že jsou takto generovány různými zařízeními.

This bachelor's thesis describes the design and implementation of an open-source, modular, FPGA-based generator of square waves with configurable output frequency. The resulting device, built upon the widely available DE0-Nano kit, is suitable for applications in distributed manipulation. It provides 64 output channels, with the phase shift and duty cycle of each channel being adjustable with a resolution of 360 parts per period. These settings can be updated via UART at a frequency of 150 Hz. If only phase shifts or only duty cycles are being changed, the frequency rises to 300 Hz. In addition, the device is capable of synchronising itself with other devices of the same kind, which allows for more than 64 output channels to be used. To enable this, a custom PCB shield capable of interconnecting up to 4 generators has been designed. Finally, it is demonstrated that the output signals remain precise and synchronised even when generated by different devices in this way.