基于FPGA的直接数字合成器设计毕业论文.doc

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1、基于FPGA的直接数字合成器设计毕业论文目录1引言11.1课题背景11.2课题研究的目的和意义11.3国内外概况21.4课题的主要研究工作31.4.1现场可编程门阵列(FPGA)41.4.2硬件描述语言(VHDL)41.4.3EDA工具QuartusII52系统设计方案的研究72.1系统实现的原理72.1.1DDS的基本原理72.1.2FPGA实现的直接数字频率合成器92.1.3移相原理102.2系统实现方案分析与比较122.2.1频率合成器方案122.2.2移相方案142.2.3存储器方案152.2.

2、4存储器寻址方案162.3FPGA器件的选择163总体设计203.1相位累加器部分203.2相位/幅度转换电路203.3波形表的生成213.4D/A转换电路223.5其它模块253.5.1锁相环(PLL)253.5.2分频器263.5.3电源模块273.5.4键盘电路和显示电路274系统的实现294.1系统的计算294.2系统的实现30结论33参考文献34致谢36附录1：DDS顶层模块图37附录2：源程序清单38天津职业技术师范大学2012届本科生毕业设计1　引言1.1课题背景　　在一些电子设备的电路板

3、故障检测仪中，往往需要频率、幅度都能由计算机自动调节的信号源。采用诸如MAX038信号发生器芯片外加电阻及切换开关等器件虽然也能调节频率和幅度，但这种调节是离散的，且电路复杂，使用不方便[1]。而采用直接数字合成芯片DDS及外加D/A转换芯片构成的可控信号源，可产生正弦波、调频波、调幅波及方波等，并且其信号的频率和幅度可由微机来精确控制，调节非常方便。　　另外随着21世纪的到来，人类正在跨入信息时代。现代通信系统的发展方向是功能更强、体积更小、速度更快、功耗更低。而大规模可编程器件CPLD/FPGA在集

4、成度、功能和速度上的优势正好满足通信系统的这些要求。所以今天无论是民用的移动电话、程控交换机、集群电台、广播发射机和调制解调器,还是军用的雷达设备、图形处理仪器、遥控遥测设备、加密通信机中,都已广泛地使用大规模可编程器件[2]。由于数字技术在处理和传输信息方面的各种优点，数字技术和数字集成电路的使用已经成为构成现代电子系统的重要标志。　　电子系统的集成化，不仅可使系统的体积小、重量轻且功耗低，更重要的是可使系统的可靠性大大提高。因此自集成电路问世以来，集成规模便以10倍/6年的速度增长。从20世纪90年

5、代初以来，电子系统日趋数字化、复杂化和大规模集成化。为满足个人电脑、无绳电话和高速数据传输设备的发展需求，电子厂商们越加迫切地追求电子产品的高功能、优品质、低成本、微功耗和微小封装尺寸[3]。为达到此目标，必须采用少量的IC器件使面积尽可能小。1.2课题研究的目的和意义　　正弦信号发生器作为电子技术领域中最基本的电子仪器，广泛应用于航空航天测控、通信系统、电子对抗、电子测量、科研等各个领域中。随着电子信息技术的发展，对其性能的要求也越来越高，如要求频率稳定性高、转换速度快，具有调幅、调频等功能，另外还经

6、常需要两路正弦信号不仅具有相同的频率，同时要有确定的相位差[4]。　　随着数字信号处理和集成电路技术的发展，直接数字合成(DDS)32天津职业技术师范大学2012届本科生毕业设计的应用也越来越广泛。DDS具有相位和频率分辨率高、稳定度好、频率转换时间短、输出相位连续、可以实现多种数字与模拟调制的优点，而可编程门阵列(FPGA)具有集成度高、通用性好、设计灵活、编程方便、可以实现芯片的动态重构等特点，因此可以快速地完成复杂的数字系统。由于模拟调相方法有生产性差、调试不方便、调制度控制不精确等缺点，因此采用

7、数字方法实现各种模拟调制也越来越普遍[5]。现在许多DDS芯片都直接提供了实现多种数字调制的功能，实现起来比较简单，而要实现模拟线性调制具有一定的难度。因此本设计介绍了一种采用FPGA实现DDS功能，产生频率和相位可调的正弦波信号的方法。　　波形发生器也可以通过巧妙的软件设计和简易的硬件电路，产生数字式的正弦波相位、频率和幅值可调的信号。信号的频率、相位可通过键盘输入并显示。与现有各类型波形发生器比较而言，产生的数字信号干扰小，输出稳定，可靠性高，特别是操作简单方便，成本低。1.1国内外概况　　目前市场

8、上已有的信号发生器有很多种，其电路形式有采用运放及分立元件构成；也有采用单片集成的函数发生器；以及以单片机和FPGA为核心，辅以必要的模拟电路构成的DDFS数字信号发生器。在保证信号发生器的稳定性、频率范围、幅值范围等指标的同时，实现对输出信号的频率、相位和幅值的数字控制是现代信号发生器的发展方向。　　1971年，美国学者J.Tierney等人撰写的文章“ADigitalFrequencySynthesizer”首次提出了以全数字技术，从相