基于fpga正弦信号发生器设计

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1、基于FPGA正弦信号发生器设计　　摘要：本文基于FPGA设计了一个正弦信号发生器，采用直接数字频率合成（DDS）技术，实现了信号发生器的频率、相位可以控制。并对系统进行了Modelsin功能仿真，仿真结果证实此次设计有较好的可靠性，且产生的波形最高频率可以达到1.25M，频率稳定度在1%以内。Abstract：ThispaperdescribesthedesignofasinusoidalsignalgeneratorbasedonFPGA，withdirectdigitalfrequencysynthesis（DDS）technology，thefr

2、equency，thephasesignalgeneratorcancontrol.AndthesystemoftheModelsinfunctionsimulation，simulationresultsshowthatthisdesignhasgoodreliability，highfrequencyandwaveformgenerationcanreach1.25M，frequencystabilitywithin1%.关键词：直接数字频率合成（DDS）；FPGA；正弦波信号发生器Keywords：DirectDigitalfrequencySy

3、nthesis（DDS）；FPGA；sinewavesignalgenerator中图分类号：TP346文献标识码：A文章编号：1006-4311（2014）03-0200-020引言4信号发生器作为一种为电子测试和计量工作电信号的设备，它和示波器、电压表、频率计等仪器一样，是最普通、最基本，也是应用最广泛的电子仪器之一，几乎所有的电参量的测量都要用到信号发生器。任意波形发生器设计的关键离不开DDS技术的发展，为了增加灵活性，我们采用FPGA实现DDS技术，把DDS中的ROM作为一个波形抽样数据的公共存储器，只要改变存储波形信息的数据，就可以灵活的实现

4、任意波形发生器。将DDS设计嵌入到FPGA芯片所构成的系统中，将使系统具有很高的性价比[1-2]。1系统设计设计的系统框图如图1所示。DDS系统的硬件主要有三部分组成：FPGA模块、D/A转换模块和低通滤波器。D/A转换器采用TI公司的DAC0832芯片，完成8位数字量到模拟量的转换，从而产生输出波形。RLC低通滤波器对DAC输出的波形进行滤波，滤除高频分量，从而得到一个频谱纯净的正（余）弦波[3]。2系统仿真图2为DDS信号发生器的频率控制仿真图，从图中可以看出，正弦波的频率随着频率控制字K的增大而增大，从而验证了频率控制的功能。图3为DDS信号发生

5、器的相位控制仿真图，从图中可以看4出，相位控制字发生变化时，正弦波的相位发生相应的变化，从而验证了相位控制的功能。图4为DDS信号发生器的波形控制仿真图，从图中可以看出，随着波形控制字的改变，DDS输出的波形变化，从而验证了波形控制的功能。3系统测试以正弦波为例，进行系统的性能测试测量结果表明正弦波的频率输出范围可达到0Hz～1.25MHz，各个频率点的测试如表1。由表中数据可以看出，三次测的频率都相对比较稳定，无较大波动。频率稳定度S最大值为0.005141，在1%以内，满足设计要求。并且频率稳定随频率变化无明显变化规律，在可达范围内相对频率稳定。测

6、试采用TDS2014示波器。测试正弦波时，波形由低频到高频都很稳定，直到1.25MHZ时，由于滤波器设计为1.20M的低通滤波器，所以会出现一些高频失真。图5为DDS正弦波测试图。这个波形显示比较稳定，对称性好、波形失真小、频率精度高、波形比较平滑、无毛刺。波形基本符合设计要求。4结论4本文介绍了基于FPGA的DDS正弦信号发生器的设计，波形功能仿真结果显示了其具有良好的可靠性和灵活性；另外，此设计方案可以根据需要进行接口和控制方式的修改，只要改变FPGA中ROM表的数据，DDS电路就可以产生任意的波形，且波形最高频率可以达到1.25M，频率稳定度在1

7、%以内。参考文献：[1]余勇，郑小林.基于FPGA的DDS正弦信号发生器的设计和实现[J].电子器件，2005，28（3）：596-599.[2]胡振华.VHDL与FPGA设计[M].北京：中国铁道出版社，2004.[3]何在民，胡永辉等.基于FPGA的数字匹配滤波器的实现[J].时间频率学报，2008，31（1）：114-116.4