基于vhdl的dds信号发生器的综合电子系统设计报告

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1、《综合电子系统设计》课程设计报告（实验一：基于FPGA的DDS信号发生器）姓名：徐久赟学号：041401012班级：0414103班一、实验要求1)目的：掌握FPGA设计流程和HDL；掌握DDS原理及其FPGA的实现方法。(2)实验设备：PC机、QuartusII软件、DE2开发板。(3)实验内容及说明：要求DDS输出的正弦波频率可变，频率变化范围5Hz-100kHz，频率步进值小于1Hz。二、设计原理DDS系统的核心是相位累加器，它由一个累加器和一个N位相位寄存器组成。每来一个时钟脉冲，相位寄存器以

2、步长M增加。相位寄存器的输出与相位控制字相加，其结果作为正弦查找表的地址。正弦查找表由ROM构成，内部存有一个完整周期正弦波的数字幅度信息，每个查找表的地址对应正弦波中0~360°范围内的一个相位点。查找表把输入的地址信息映射成正弦波的数字幅度信号，加到DAC的输入端，DAC输出的模拟信号经过低通滤波器(LPF)，可得到一个频谱纯净的正弦波。三、方案论证及详细设计1.系统设计图1：系统框图整个系统由五个模块构成：（1）接口模块，如图2所示。图2：接口模块接口模块提供了方便的操作接口：reset:复位c

3、lk:系统时钟（50MHz）clk_en:时钟使能address:地址总线（控制数据总线向对应的寄存器输入数据）见表1address(2位)寄存器00div_reg（时钟分频数）01M_reg10phase_reg11ddsen_reg表1：地址总线表dataBus:数据总线（8位）说明：在接口模块中，内嵌了一个分频器，来控制输出的fclk。通过判断div_reg中的值，分频值从2——1000000，通过控制fclk进而提高Δfout，使Δfout<1Hz。（2）同步模块，见图3是图3：同步模块主要使

4、fclk，M，phase能同时输入给运算模块，避免出现竞争。（3）运算模块，见图4图4：运算模块主要由一个相位加法器和10位加法器构成，最终输出相位值。（2）sin幅度查询模块，见图5图5：sin幅度查询模块在devC++环境下，用C语言生成具有正弦函数关系的数据SIN_ROM.exe，再在DOS下执行：“SIN_ROM>SIN_ROM.mif”。再在文件中加入了头部说明。最后在Quartus中调用了LPM库，生成了sin幅度查询模块。2.系统的顶层逻辑图及DDS的频率精度与频率控制字之间的关系图6：

5、系统顶层逻辑图在DDS原理中，将一个正弦函数用其相位表示，即2pi。同时将其离散化，分成2^N个，M为频率控制字，即为每个fclk时钟，将初始相位与其相加，得到下一个相位，进而得到对应幅度值。由fout=M/2^N×fclk得，M值越大时，此时fout值越大。但是同时，由于M值越大，每次相位累加时，相位值改变的越大，导致幅度值改变的越大。最终生成的正弦函数失真现象越加严重，即频率精度越差。所以，频率精度与频率控制字成反比关系。一、系统调试及仿真波形图7：FPGA资源利用图8：接口模块仿真图图9：同步模

6、块仿真图图10：相位累加器仿真图图11:10位加法器一、系统实现功能输出了一个频率和相位可以调控的正弦波。频率变化范围：1Hz--5MHz,步进值<1Hz.二、设计调试过程中的问题及解决办法由于整个系统由模块化组成，每个模块在设计的过程中都通过波形仿真验证其功能的正确性，使得最终的顶层设计时，没有出现太大的问题。但在整个设计过程中出现了一些软件操作和系统设计的问题。1.系统编译后无法生成SOF文件。解决：经查阅资料后了解到，Quartus在没有破解的情况下，不生成SOF文件，最终按照教程破解了软件，成

7、功生成SOF文件。2.DE2开发板上的扩展IO口按键过少，不足以满足整个系统所需。解决：通过增加接口模块，同时增加address控制数据的输入。3.DE2中的DAC芯片为10bit，这样就使得输入的幅度值为10bit，进而使得N只能是10位，导致步进值和输出频率无法同时满足设计需要。解决：由于DE2的限制，N只能选择10位，所以在接口模块，设计了分频计，这样就可以通过改变fclk减小步进值，使其符合要求。一、收获、体会及改进设想1.通过这次的课程设计，重新学习了对Quartus软件的使用，熟练度得到了

8、极大的提高。2.复习了VHDL语言，对VHDL有了更多的认识，对其使用更加的得心应手。3.从整体系统的设计到底层各个模块的设计与完善，这种层次化，模块化设计，使得整个系统设计显得更加的科学，极大的降低了系统的出错率。同时对系统各个模块的把握，可以更好的调试与改善整个系统。4.这样的设计方式，也使得整个系统扩展性得到一定的提高。5.电子系统的设计应当是层次化，模块化，可调试性强，可扩展性高。优秀的设计思路可以极大的提高整个设计过程的效率。改进设想：1.频率