基于FPGA的高频高精度数字移相信号发生器

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1、HighFrequencyighPreciSionDigitaIPhaseShiftingGeneratorBasedonFPGAThesiSSubmitedt0ZhejiangNormlUniversityInpartia1fulfillmentoftherequirementForthedegreeofMasterofEngineerByHuangJun(ComputerApplicationTechnology)Thes。Superv’or：YuShu。ba011es1sbuperv1sor

2、u11u1baoMarch，2013基于FPGA的高频高精度数字移相信号发生器摘要数字移相信号发生器是电子技术领域的一个重要仪器设备，它在航空航天、通信系统、仪器仪表等科研领域得到了非常广泛的应用。本文采用直接数字频率合成(DDS)技术，以现场可编程门阵列器件——FPGA作为硬件基础，以Ouartusll软件平台作为开发工具，并充分利用单片机，设计一款高频高精度的数字移相信号发生器。DDS技术是早在七十年代初被提出的一种频率合成技术。它主要是有相位累加器、波形存储表ROM、高速D／A转换电路和低通

3、滤波器等部分组成。该技术和其它的频率合成技术相比，其主要有频率切换速度快、分辨率高、易于程控、相位噪声低、输出波形灵活等优点。在系统的开发过程中，采用了Altera公司CycloneII系列的FPGA芯片EP2C8Q208C8作为波形数据的主控芯片，采用了宏晶科技公司的STCl2LE5A60S2单片机设计了人机交互界面。在设计中，FPGA芯片与单片机的通信接口是一个难点。本文利用Altera公司的设计工具OuartusII软件，并结合VHDL语言克服了这一问题。本文第l章绪论中描述了数字移相信号发

4、生器的研究背景，国内外波形信号发生器的研究现状，以及本文所要研究的主要内容。第2章详细地介绍了DDS技术的基本原理。第3章介绍了现场可编程门阵列器件——FPGA芯片的发展历程，硬件描述语言——．ⅧDL语言，FPGA的设计流程。第4章介绍了数字移相信号发生器的人机交互系统。其中主要包括了人机交互界面的硬件设计和相应的软件设计。第5章介绍了基于VHDL语言的DDS设计，其主要包括了锁相环电路、FPGA与单片机通讯接口模块、相位累加器模块、波形存储器ROM模块、高速D／A转换电路和低通滤波器的设计。第6

5、章给出了数字移相信号发生器的测试结果，并对测试结果给出了分析。最后，作者总结了在整个系统设计过程中的心得体会，并描述了系统中的缺陷和仍然需要改进的地方。关键词：直接数字频率合成；现场可编程门阵列：数字移相信号发生器：硬件描述语言；单片机II⋯GHFREOUENCYHIGHPRECISl0NDIGlTALPHASESHIFTINGGENERATORBASEDONFPGAABSTRACTDigitalphaseshiftinggenerator，whichisanimportantinstrument

6、inthefieldofelectronictechnology，iswidelyusedinthefieldofaerospace，communicationssystems，instrumentationandotherresearch．Thispaperdesignsahighfrequencyhighprecisiondigitalphaseshiftinggenerator，whichadoptsdirectdigitalfrequencysynthesis(DDS)technology

7、，fieldprogrammablegatearraydeViceS_FPGAasthehardwarefoundation，QuartusIIsoftwareplatformasthedevelopmenttool，andmakesfulluseofthesinglechipmicrocomputer．DDStechnologyisafrequencysynthesistechnology，whichisearlyproposedatthebeginningofseventies．DDStech

8、nologymainlyincludesphaseaccumulator，waveformlook-uptableROM，high—speedD／Aconversioncircuit，lowpassfiltersandothercomponents．Compared晰thotherfrequencysynthesistechnology，DDStechnology’Sadvantagemainlyincludesfastfrequencyswitching，fastfrequenc