基于fpga 的dds信号源设计.pdf
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基于fpga 的dds信号源设计,摘要 频率合成技术广泛应用于通信、航空航天、仪器仪表等领域。目前，常用的频率合成技术有直接式频率合成，锁相频率合成和直接数字频率合成(dds ) 。本次设计是利用fpga 完成一个 dds信号源。 dds 是把一系列数字量形式的信号通过 d/a 转换形成模拟量形式的信号的合成技术。利用 fpga 内嵌的高速存储器作查找...
内容介绍
此文档由会员 wanli1988go 发布
摘要
频率合成技术广泛应用于通信、航空航天、仪器仪表等领域。目前，常用
的频率合成技术有直接式频率合成，锁相频率合成和直接数字频率合成
(DDS ) 。本次设计是利用FPGA 完成一个 DDS信号源。
DDS 是把一系列数字量形式的信号通过 D/A 转换形成模拟量形式的信号
的合成技术。利用 FPGA 内嵌的高速存储器作查找表，经高速 D/A 转换成正
弦波(或其他任意波形)。本设计的 DDS 系统主要包括：相位累加器，可在时
钟的控制下完成相位的累加；由 ROM 实现的相位码一幅度码转换电路；D/A
转换电路，将数字形式的幅度码转换成模拟信号。本设计产生的 DDS 正弦信
号最高频率达 39MHz 最低分辨率为 0.037Hz，频率精度达到 10 ，调试采用
嵌入式逻辑分析仪进行实时测试。
5 −
在毕业设计论文中，介绍了频率合成技术的原理，硬件和软件设计，并对
产生的信号频率进行了理论误差分析。
关键词:
直接数字频率合成(DDS )，现场可编程门阵列（ FPGA )，硬件描述语言。
目 录
绪 论........................................................... 1
第一章 频率合成技术简介.......................................... 2
1．1 频率合成技术的发展...................................... 2
1．2 频率合成技术............................................ 3
1．2．1 直接频率合成 ........................................ 3
1．2．2 锁相频率合成 ........................................ 5
1．2．3 直接数字频率合成 .................................... 7
1．3 DDS基本原理及性能特点..................................... 8
1．3．1 DDS基本原理 ......................................... 8
1．3．2 基本DDS各模块介绍 .................................. 13
1．4 实现DDS的三种技术方案 ................................... 14
1．4．1 采用高性能DDS单片电路的方案 ........................ 14
1．4．2 采用低频正弦波DDS单片电路的方案 .................... 15
1．4．3 基于FPGA的DDS信号实现的解决方案 .................... 16
第二章 硬件电路介绍........................................... 18
2．1 DE2 开发板............................................... 18
2．1．1 DE2 板上资源以及硬件布局............................ 18
2．1．2 视频D/A转换器 ...................................... 21
2．2 FPGA器件介绍............................................. 22
2．2．1 Cyclone器件简介 .................................... 24
2．2．2 Cyclone器件特点 .................................... 25
2．3 ADV7123 芯片............................................. 26
第三章 软件介绍................................................ 31
3．1 QUARTUS II 开发环境 ....................................... 31
3．2 VHDL硬件描述语言 ........................................ 33
第四章 系统设计................................................. 36
4．1 硬件电路设计 ............................................. 36
4．1．1 DDS模块 ............................................ 36
4．1．2 锁相环 ............................................. 36
4．1．3 引脚分布 ........................................... 37
4．2 软件设计................................................. 38
第五章 系统测试................................................. 41
5．1 嵌入式逻辑分析仪 ......................................... 41
5．2 模拟信号输出 ............................................. 42
5．3 数据采样及误差分析 ....................................... 42
致 谢......................................................... 43
参考文献........................................................ 44
外文翻译........................................................ 45
参考文献
[1] 郭书军，王玉花等，嵌入式处理器原理及应用，清华大学出版社
[2] 潘松等，SOPC技术实用教程，清华大学出版社
[3] 任爱锋，常存等，基于 FPGA的嵌入式系统设计，西安电子科技大学出版
社
[4] 潘松，黄继业， EDA技术实用教程[M]，北京：科学出版社， 2002
[5] 周俊峰， 基于 FPGA的直接数字频率和成器的设计和实现，电子技术应用
2002(12)
[6] 沙胜贤，王晓升，应用流水线技术设计 DDS 专用集成电路，长春工程学
院学报，2002(1)
[7] 陈风波，冒燕，李海鸿，基于 FPGA的直接数字频率合成器设计[J]
[8] 曾兴雯，高频率电子线路[M]，北京：高等教育出版社，2004
频率合成技术广泛应用于通信、航空航天、仪器仪表等领域。目前，常用
的频率合成技术有直接式频率合成，锁相频率合成和直接数字频率合成
(DDS ) 。本次设计是利用FPGA 完成一个 DDS信号源。
DDS 是把一系列数字量形式的信号通过 D/A 转换形成模拟量形式的信号
的合成技术。利用 FPGA 内嵌的高速存储器作查找表，经高速 D/A 转换成正
弦波(或其他任意波形)。本设计的 DDS 系统主要包括：相位累加器，可在时
钟的控制下完成相位的累加；由 ROM 实现的相位码一幅度码转换电路；D/A
转换电路，将数字形式的幅度码转换成模拟信号。本设计产生的 DDS 正弦信
号最高频率达 39MHz 最低分辨率为 0.037Hz，频率精度达到 10 ，调试采用
嵌入式逻辑分析仪进行实时测试。
5 −
在毕业设计论文中，介绍了频率合成技术的原理，硬件和软件设计，并对
产生的信号频率进行了理论误差分析。
关键词:
直接数字频率合成(DDS )，现场可编程门阵列（ FPGA )，硬件描述语言。
目 录
绪 论........................................................... 1
第一章 频率合成技术简介.......................................... 2
1．1 频率合成技术的发展...................................... 2
1．2 频率合成技术............................................ 3
1．2．1 直接频率合成 ........................................ 3
1．2．2 锁相频率合成 ........................................ 5
1．2．3 直接数字频率合成 .................................... 7
1．3 DDS基本原理及性能特点..................................... 8
1．3．1 DDS基本原理 ......................................... 8
1．3．2 基本DDS各模块介绍 .................................. 13
1．4 实现DDS的三种技术方案 ................................... 14
1．4．1 采用高性能DDS单片电路的方案 ........................ 14
1．4．2 采用低频正弦波DDS单片电路的方案 .................... 15
1．4．3 基于FPGA的DDS信号实现的解决方案 .................... 16
第二章 硬件电路介绍........................................... 18
2．1 DE2 开发板............................................... 18
2．1．1 DE2 板上资源以及硬件布局............................ 18
2．1．2 视频D/A转换器 ...................................... 21
2．2 FPGA器件介绍............................................. 22
2．2．1 Cyclone器件简介 .................................... 24
2．2．2 Cyclone器件特点 .................................... 25
2．3 ADV7123 芯片............................................. 26
第三章 软件介绍................................................ 31
3．1 QUARTUS II 开发环境 ....................................... 31
3．2 VHDL硬件描述语言 ........................................ 33
第四章 系统设计................................................. 36
4．1 硬件电路设计 ............................................. 36
4．1．1 DDS模块 ............................................ 36
4．1．2 锁相环 ............................................. 36
4．1．3 引脚分布 ........................................... 37
4．2 软件设计................................................. 38
第五章 系统测试................................................. 41
5．1 嵌入式逻辑分析仪 ......................................... 41
5．2 模拟信号输出 ............................................. 42
5．3 数据采样及误差分析 ....................................... 42
致 谢......................................................... 43
参考文献........................................................ 44
外文翻译........................................................ 45
参考文献
[1] 郭书军，王玉花等，嵌入式处理器原理及应用，清华大学出版社
[2] 潘松等，SOPC技术实用教程，清华大学出版社
[3] 任爱锋，常存等，基于 FPGA的嵌入式系统设计，西安电子科技大学出版
社
[4] 潘松，黄继业， EDA技术实用教程[M]，北京：科学出版社， 2002
[5] 周俊峰， 基于 FPGA的直接数字频率和成器的设计和实现，电子技术应用
2002(12)
[6] 沙胜贤，王晓升，应用流水线技术设计 DDS 专用集成电路，长春工程学
院学报，2002(1)
[7] 陈风波，冒燕，李海鸿，基于 FPGA的直接数字频率合成器设计[J]
[8] 曾兴雯，高频率电子线路[M]，北京：高等教育出版社，2004
