Nios的DDS高精度信号源实现

《Nios的DDS高精度信号源实现》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在行业资料-天天文库。

1、基于Nios的DDS高精度信号源实现摘要：直接数字频率合成器DDS具有极高的分辨率、频率转换速度快、相位噪声低等优点。以ALTERA公司的CPU软核Nios为基础，利用QuartusII软件和SopcBuilder，采用两级DDS和动态分频法，提高了信号源的精度。采用双口ROM可以很方便的同时输出两路具有一定相位差的信号，而且频率幅度可调。另外着重介绍了怎样用Matlab产生波形幅度数据以及最后的仿真验证。1引言   在实际的通信过程中，系统对频率的精度和稳定度都有较高的要求．而且常常需要用到多种不同频率和相位的信号。传统的波形发

2、生器都是由模拟的电路实现，受到硬件电路的限制，不仅产生的波形少，精度低，而且体积大。灵活性差。DDS(DirectDigitalFrequncySynthesis，直接数字频率合成)的出现为我们提供了一种新选择。DDS是从相位概念出发直接合成所需要波形的一种新的频率合成技术。由于其具有频率转换快、分辨率高、频率合成范围宽、相位噪声低且相位可控制的优点，因此，DDS技术常用于产生频率快、转换速度快、分辨率高、相位可控的信号。目前．市场上已出现许多DDS专用芯片．但是专用芯片有很多局限性，比如控制方式固定，同时只能输出一路信号．而且价

3、格普遍偏高。利用fpga的高速、高性能和可重构性可实现各种比较复杂的调频、调相和调幅功能。   本文介绍设计的DDS信号源应用ALTERA公司的FPGA器件、QuartusII开发环境和NIOS软核等相关的开发工具，采用VHDL语言及SOPC设计思想。采用两级DDS技术设计波形发生器，并且可以同时输出多路不同相位的信号，满足我们实际的需求。2DDS原理   基本DDS的结构框图如图1所示。主要由相位累加器、相位调制器、ROM查找表、D/A以及低通滤波器组成。 图1DDS结构图   频率字和相位字分别控制输出信号的频率和相位。DDS

4、的核心是N位的相位累加器。在时钟脉冲控制下，相位累加器不断对频率控制字K进行累加，将累加器的输出作为读波形存储器ROM的地址，读出波形数据，然后再进行调幅、数模转换、滤波从而得到光滑的波形信号。在整个过程中相位累加器进行的是线性累加，当累加满时便产生溢出，一个周期完成。相位累加器这个产生溢出的频率就是DDS的输出频率。设频率控制字为K，相位累加器为N位，时钟频率为fs。所以合成输出的信号频率fout是：fout=(K/2N)fs当K=1时有最小频率分辨率：Δf=fs/2N3设计方案3.1提高精度实现    在我们的实际应用中往往对

5、频率较小的信号精度要求较高，而对高频率信号的精度则没有那么高的要求。传统的方法就是增加相位累加器的位数N．但N一旦设计好便不可更改，这样便导致了产生的信号精度不能随频率的降低而升高。根据以上的分析在N不变的情况下要提高精度则只有降低时钟fs(很显然这时的输出频率较低)。下面介绍两种降低fs的方法：第一，动态分频法。设计的信号发生器不但要能产生低频信号同时也能产生高频信号，所以用固定的分频办法降低fs不能达到要求，这就要求我们采用动态分频法。在需要产生较高频率信号的时候选择小的分频比．而在合成低频率信号的时候选择大的分频比。根据预先

6、给定的不同的输出信号频率选择相应的分频比，保证了产生信号的宽频带。第二，采用两级DDS。第一级合成DDS1产生一定频率的方波并将此方波送给第二次合成DDS2作为时钟输入。其中DDS1的K1可调，保证输出不同的频率，DDS2的K2=1，保证了输出的精度。本次设计采用此方法。3.2多路输出设计   无论是用专用芯片还是其他设计的DDS产品，同时都只能输出一路信号，而在我们的实际应用中往往同时需要多路相位不同的信号，借助ALTERA公司的Cyclone系列器件．可以很方便的生成双口的ROM，这样使得我们可以同时对ROM的不同单元寻址，从

7、而产生不同相位的信号，调节相位控制器，可以很方便的改变两路信号的相位差。这样设计的DDS框图如图2: 图2多路输出DDS框图3.3基于Nios的DDS实现   系统的开发包括硬件和软件两部分，硬件部分采用ALTERA公司性价比较高的Cyclone系列FPGA，使用SoPCBuilder生成Nios嵌入式处理器。由于本设计中要求信号幅度、相位和频率都可调节，并且能通过LCD实时的显示，利用SoPCBuilder生成可裁剪的NiosCPU软核，并添加一些外围设备接口，如作为控制输入的键盘接口：实时显示用的LCD接口;DDS控制接口等。

8、系统硬件框图如图3。图3系统总框图    在Cyclone的FPGA中带了一个PLL．这样我们便能很好的控制系统时钟和DDS的时钟．灵活地选择晶振信号源。另外幅度调制采用一个乘法器，运用硬件电路搭建，充分使用内部的LE资源，而且方便、灵活，能达到速