基于FPGA的DDS信号发生器详解.doc

目录 目录 1 摘要 2 基于FPGA的DDS信号发生器设计 3 1．基于FPGA的DDS信号发生器设计选题背景 3 1.1系统背景 3 1.2选题目的及其意义 3 2．方案的比较与分析 4 2.1方案比较 4 2.2 DDS模块方案论证 4 2.3数据存储方案论证 6 2.4键盘/显示方案论证 6 3. 方案总体设计及原理 7 3.1信号发射部分电路 7 3.2工作原理 7 3.1.1 基本工作原理 7 3.1.2 FPGA设计 8 3.1.3 DDS工作原理 9 4. 验证与分析 13 参考文献 17 附录：设计源码 18 摘要 随着科技的不断发展，电子技术获得了飞速的发展， 90年代后期，出现了以高级语言描述、系统级仿真和综合技术为特征的第三代EDA工具，极大地提高了系统设计的效率。本设计是基于FPGA的DDS信号发生器设计，它能够产生方波，三角波和正弦波三种基本波形。其电路采用FPGA 器件相结合的方法，充分利用和FPGA 器件的快速性、外设的替代性，采用数字技术，通过对三种波形输出进行控制，包括幅度控制和频率控制电压的控制，通过DAC转换输出、并将频率与幅度的大小送LCD显示等功能。同时对四种波形进行编辑。对键盘进行扫描判断，进入相应的功能程序。在各功能程序中，执行相应内容，将控制字送到DAC进行转换，从而对模拟波形的幅度进行控制，再经过放大输出。 关键词: FPGA；DDS；信号发生器基于FPGA的DDS信号发生器设计 1．基于FPGA的DDS信号发生器设计选题背景 1.1系统背景 现场可编程逻辑门阵列FPGA，与PAL、GAL器件相比，他的优点是可以实时地对外加或内置得RAM或EPROM编程，实施地改变迄今功能，实现现场可编程(基于EPROM型)或在线重配置（基于RAM型）。是科学试验、演技研制、小批量产品生产的最佳选择其间。 自上世纪70年代单片机问世以来，它以其体积小、控制功能齐全、价格低廉等特点赢得了广泛的好评与应用。由单片机构成的应用系统有有体积小、功耗低控制功能强的特点，它用利于产品的小型化、多功能化和智能化，还有助与提高仪表的精度和准确度，简化结构、减小体积与重量，便于携带与使用，降低成本，增强抗干扰能力，便于增加显示、报警和诊断功能。因而许多现代仪器仪表都用到了单片机。 1.2选题目的及其意义 　 图2.1 DDS工作框图 2.3数据存储方案论证 方案一： 将波形数据存储在EPROM27C512中，并直接通过单片机软件扫描的方式将波形沼气传输给DAC产生波形输出。这种方法是硬件电路简单，用通用的单片机最小系统板和一般的D/A转换器就可以完成。由于在此方案中单片机要完成波形扫描功能，还要负责整个系统的管理任务，并且受单片机工作速度的限制，不能很好的完成题目的要求。 方案二：使用FPGA作为数据转换桥梁，将波形存储在其内部的RAM中，通过硬件扫描将波形数据传输给DAC产生波形输出。由于FPGA是一种高密可编程逻辑器件，可以满足题目的要求。综合各种因素，选择方案二。 2.4键盘/显示方案论证 本设计的频率字和相位字输入来实现，通过外部将数据输入到FPGA中，同时控制DAC的数据转换。键盘采用4×3矩阵式，共12个键分别对应0～9个数字键和一个启动键两个波形控制键。常用的显示方案有以下几种。 方案一：使用液晶显示屏显示频率，幅度和相位以及波的形状。液晶显示屏（LCD）具有轻薄短小、低耗电量、无辐射危险，平面直角显示以及影像稳定不闪烁、可视面积大、画面效果好、分辨率高、抗干扰能力强等特点。 方案二：使用传统的数码管显示。数码管是采用BCD编码显示数字，程序编译容易，资源占用较少，但是显示的字符较少，且不能显示汉字。根据以上的论述，采用方案一。 3. 方案总体设计及原理 3.1信号发射部分电路 本系统分为五大部分：FPGA主控电路，液晶显示，键盘控制，数模转换，低通滤波电路。框图如图3.1所示： 图3.1系统总设计流程图 3.2工作原理 3.1.1 基本工作原理 本设计以FPGA为核心，由外部来实现频率、相位的预置和步进，并完成信号的频率和相位差显示。如图3.1系统框图。采用直接频率合成(DDS)技术，用FPGA来产生一路信号波行。将量化的波形数据存到存储器中，在经地址计数器寻址读出波形数据，控制地址计数器的时钟频率即可控制采样点数，这样就控制了输出波形的频率。由于这些数据为数字量，故再经D/A转换电路将其转换为模拟量，通过低通滤波器滤除阶梯即可输出满足要求的波形。由于本设计采用直接数字频率合成技术（DDS），运用一片ROM，存储波形数据，分别由设定数据差值的地址数据寻址即可输出有设定波形，有效地扩展了输出波形的频率范围并实现了输出高精度相位的波行信号,系统稳定可靠。 图3.2 工作原