eda技术与应用课程设计报告-基于fpga的dds函数信号发生器的设计

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1、EDA技术与应用课程论文题目：基于FPGA的DDS函数信号发生器的设计院（系）：电子工程学院专业：测试计量技术及仪器学生姓名：学号：指导老师：职称：教授2007年12月25日评语得分EDA技术与应用课程论文基于FPGA的DDS函数信号发生器的设计摘要本系统采用直接数字频率合成（DDS）技术，由FPGA产生正弦信号、模拟频率调制(FM)信号和ASK、PSK载波信号系统主要以单片机C8051F020为辅助控制中心，完成人机对话并产生ASK、PSK所需要的调制和基带信号；以FPGA芯片EP2C8为DDS核心，经10位高速DA变换得到

2、模拟信号，经九阶巴特沃斯低通滤波（LPF）后，送到功率放大电路进行放大输出。关键字：单片机；混合信号；直接数字合成；单片机总线控制；多功能信号源；第15页共30页EDA技术与应用课程论文1DDS的原理及特点介绍DDS技术是根据奈奎斯特定理取样，从连续信号的相位出发，将一个正弦信号取样、量化和编码形成一个正弦函数表存在存储器中。合成时，通过改变相位累加器的频率控制字来改变相位增量。相位增量不同将导致一周期内的取样点数的不同，在取样频率不变的情况下，通过改变相位累加器的频率控制字，将这种变化的相位除以幅值量化的数字信号，通过D/A

3、转换及低通滤波器即可得到合成的相位变化的模拟信号频率。1.1DDS原理简介直接数字频率合成（DDS）是从相位概念出发直接合成所需波形的一种频率合成技术。一个典型的直接数字频率合成器由相位累加器、加法器、波形存储ROM、D/A转换器和低通滤波器（LPF）构成。DDS的原理框图如图1.1所示。S(n)S(t)累加器加器加法器加器ROM加器D/A加器LPF加器D位参考时钟fc频率控制字KN位N位相位控制字P输出图1.1DDS原理框图其中K为频率控制字、P为相位控制字、为参考时钟频率、N为相位累加器的字长、D为ROM数据位及D/A转换

4、器的字长。相位累加器在时钟的控制下以步长K作累加，输出的N位二进制码与相位控制字P相加后作为波形ROM的地址，对波形ROM进行寻址，波形ROM输出D位的幅度码S(n)经D/A转换器变成阶梯波S(t)，再经过低通滤波器平滑后就可以得到合成的信号波形。合成的信号波形形状取决于波形ROM中存放的幅度码，因此用DDS可以产生任意波形。这里只用DDS实现正弦波的合成作说明介绍：（1）频率预置与调节电路K被称为频率控制字，也叫相位增量。DDS方程为（为输出频率，为时钟频率）（2.1）当K=1时，DDS输出最低频率（即频率分辨率）为/2N，

5、而DDS的最大输出频率由Nyquist采样定理决定，即/2，也就是说K的最大值为2N-1。因此，只要N足够大，DDS可以得到很小的频率间隔。要改变DDS的输出频率，只要改变频率控制字K即可。第15页共30页EDA技术与应用课程论文（2）相位累加器相位累加器由N位加法器与N位寄存器级联构成。每来一个时钟脉冲，加法器将频率控制字K与寄存器输出的累加相位数据相加，再把相加后的结果送至寄存器的数据输入端。寄存器将加法器在上一个时钟作用后所产生的相位数据反馈到加法器的输入端；以使加法器在下一个时钟作用下继续与频率控制字进行相加。这样，相

6、位累加器在时钟的作用下，进行相位累加。当相位累加器溢出时，就完成了一个周期的动作。（3）控制相位的加法器通过改变相位控制字P可以控制输出信号的相位参量。令相位加法器的字长为N，当相位控制字由0跃变到P（P≠0）时，波形存储器的输入为相位累加器的输出与相位控制字P之和，因而其输出的幅度编码相位会增加P/2N，从而使最后的输出的信号产生相移。（4）波形存储器用相位累加器输出的数据作为波形存储器的取样地址，进行波形的相位-幅值转换，即可在给定的时间上确定输出波形的抽样幅值。N位的寻址ROM相当于0°～360°的正弦信号离散成具有2N

7、个样值的序列，若波形ROM有D位数据位，则2N个样值的幅值以D位二进制数值固化在ROM中，按照地址的不同可以输出相应的正弦信号的幅值。（5）D/A转换器D/A转换器的作用是把合成的正弦波数字量转换成模拟量。正弦幅度量化序列S(n)经D/A转换后变成了包络为正弦波的阶梯波S(t)。需要注意的是，频率合成器对D/A转换器的分辨率有一定的要求，D/A转换器的分辨率越高，合成的正弦S(t)台阶数就越多，输出的波形的精度也越高。（6）低通滤波器对D/A输出的阶梯波S(t)进行频谱分析，可知S(t)中除了主频外，还存在分布在,2……两边±

8、处的非谐波分量，幅值包络为辛格函数。因此，为了取出主频，必须在D/A转换器的输出端接入截止频率为/2的低通滤波器。1.2DDS技术的特点DDS技术之所以具有如此广阔的发展应用前景，是与DDS技术的特点分不开的。与直接式频率合成(DS)、间接式频率合成(PLL)相比，直接数字频