基于单片机和FPGA的任意频率发生器设计开题报告

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1、开题报告基于单片机和FPGA的任意频率发生器设计1选题的背景、意义单片机诞生于20世纪70年代末，经历了SCM、MCU、SoC三大阶段。目前单片机渗透到我们生活的各个领域，几乎很难找到哪个领域没有单片机的踪迹。导弹的导航装置，飞机上各种仪表的控制，计算机的网络通讯与数据传输，工业自动化过程的实时控制和数据处理，广泛使用的各种智能IC卡，民用豪华轿车的安全保障系统，录象机、摄象机、全自动洗衣机的控制，以及程控玩具、电子宠物等等，这些都离不开单片机。更不用说自动控制领域的机器人、智能仪表、医疗器械了。因此，单片机的学习、开发与应用将造就一批计算机应用与智能化控制的科学家、工程师

2、。[1-3]直接数字频率合成（简称DDS）是一种新的频率合成技术，同传统的直接频率合成（DS），锁相环间接频率合成（PLL）方法相比，它具有很多优点，如频率切换时间短，频率分辨率高，相位变化连续，容易实现对输出信号的多种调制等。近几年来，疙瘩芯片制造厂商都继续推出各种各样的高性能，多功能的DDS专用芯片，为电路设计者提供了多种选择，满足了工程的实际需要。但DDS专用芯片确实固定的，使用不灵活。二用FPGA设计的DDS电路只需要改变FPGA中的ROM数据，DDS就可以产生任意波形，而且FPGA芯片要比专用DDS专用芯片便宜很多倍。因此，采用FPGA来设计DDS系统具有很高的性

3、价比。基于这种技术，用单片机和FPGA实现的任意波形发生器，精度高，成本低，实现简单。DDS技术，就是根据奈奎斯特采样定理，将模拟信号离散化，然后以二进制形式存放在存储器中。当需要该信号时，以一定的速率重复从存储器中取出数据，送入D／A转换器转换，再经低通滤波器去除高频分量，平滑输出信号，就得到想要的波形。这种频率合成技术的精度与存储器中的数据点数、D／A的转换速率和位数都有着密切的关系。数据点数越多，D／A转换的速率越快，位数越多，合成的频率范围越大，精度越高。2相关研究的最新成果及动态DDS问世之初，构成DDS元器件的速度的限制和数字化引起的噪声，这两个主要缺点阻碍了D

4、DS的发展与实际应用。近几年超高速数字电路的发展以及对DDS的深入研究，DDS的最高工作频率以及噪声性能已接近并达到锁相频率合成器相当的水平。随着这种频率合成技术的发展，其已广泛应用于通讯、导航、雷达、遥控遥测、电子对抗以及现代化的仪器仪表工业等领域。1.实时模拟仿真的高精密信号在DDS的波形存储器中存入正弦波形及方波、三角波、锯齿波等大量非正弦波形数据，然后通过手控或用计算机编程对这些数据进行控制，就可以任意改变输出信号的波形。利用DDS具有的快速频率转换、连续相位变换、精确的细调步进的特点，将其与简单电路相结合就构成精确模拟仿真各种信号的的最佳方式和手段。这是其它频率合

5、成方法不能与之相比的。例如它可以模拟各种各样的神经脉冲之类的波形，重现由数字存储示波器（DSO）捕获的波形。2.实现各种复杂方式的信号调制DDS也是一种理想的调制器，因为合成信号的三个参量：频率、相位和幅度均可由数字信号精确控制，因此DDS可以通过预置相位累加器的初始值来精确地控制合成信号的相位，从而达到调制的目的。现代通信技术中调制方式越来越多，BPSK，QPSK，MSK都需要对载波进行精确的相位控制。而DDS的合成信号的相位精度由相位累加器的位数决定。一个32位的相位累加器可产生43亿个离散的相位电平，而相位精度可控制在8×10－3度的范围内，因此，在转换频率时，只要通

6、过预置相位累加器的初始值，即可精确地控制合成信号的相位，很容易实现各种数字调制方式。3.实现频率精调，作为理想的频率源DDS能有效地实现频率精调，它可以在许多锁相环（PLL）设计中代替多重环路。在一个PLL中保持适当的分频比关系，可以将DDS的高频率分辨率及快速转换时间特性与锁相环路的输出频率高、寄生噪声和杂波低的特点有机地结合起来，从而实现更为理想的DDS＋PLL混合式频率合成技术。在频率粗调时用PLL来覆盖所需工作频段，选择适当的分频比可获得较高的相位噪声，而DDS被用来覆盖那些粗调增量，在其内实现频率精调。这种方案以其优越的相位稳定性和极低的颤噪效应满足了各种系统对频

7、率源苛刻的技术要求。这也是目前开发应用DDS技术最广泛的一种方法。采用这种方案组成的频率合成器已在很高的频率上得以实现。当然，DDS的应用不仅限于这些，它还可用于核磁谐振频谱学及其成像、检测仪表等。随着DDS集成电路器件速度的飞速发展，它已成为一种可用于满足系统频率要求的重要而灵活的设计手段。[4-8]关于FPGA的发展有以下几个方向：1.规模越来越大，集成度越来越高。早期的FPGA规模只有几千门，2006年5月份，Xilinx公司推出世界上第一个65nmFPGA系列——Virtex-5。基于65nm三极栅氧化层技