基于fpga数字频率合成器(dds)的设计.doc
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基于fpga数字频率合成器(dds)的设计,基于fpga数字频率合成器(dds)的设计40页共计17996字摘要在信号发生器的设计中,传统的用分立元件或通用数字电路元件设计电子线路的方法设计周期长,花费大,可移植性差。本设计是利用eda技术设计的电路, 该信号发生器输出信号的频率范围为20hz～20khz，幅度的峰-峰值为0.3v～5v两路信号之间可实现0°～3...
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基于FPGA数字频率合成器(DDS)的设计
40页共计17996字
摘要
在信号发生器的设计中,传统的用分立元件或通用数字电路元件设计电子线路的方法设计周期长,花费大,可移植性差。本设计是利用EDA技术设计的电路, 该信号发生器输出信号的频率范围为20Hz～20KHz，幅度的峰-峰值为0.3V～5V两路信号之间可实现0°～359°的相位差。
侧重叙述了用FPGA来完成直接数字频率合成器(DDS)的设计,DDS由相位累加器和正弦ROM查找表两个功能块组成,其中ROM查找表由兆功能模块LPM_ROM来实现。而通过设定不同的累加器初值(K1)和初始相位值(K2)，可以调节两路相同频率正弦信号之间的相位差,从而产生两路数字式的频率、相位和幅值可调的正弦波信号，最后通过MAX+plusII演示仿真结果。
与传统的频率合成方法相比，DDS合成信号具有频率切换时间短、频率分辨率高、相位变化连续等诸多优点。使用单片机灵活的控制能力与FPGA器件的高性能、高集成度相结合，可以克服传统DDS设计中的不足，从而设计开发出性能优良的DDS系统。
目录
摘要 I
Abstract II
1 绪言
1.1 课题背景 1
1.2 课题研究的目的和意义 1
1.3 国内外概况 2
1.4 课题的主要研究工作 3
2 系统设计方案的研究
2.1 系统的性能要求 4
2.2 系统实现的原理 4
2.2.1 DDS的基本原理 5
2.2.2 FPGA实现的直接数字频率合成器 6
2.2.3 移相原理 6
2.3 系统实现方案分析与比较 8
2.3.1 频率合成器方案 8
2.3.2 移相方案 10
2.3.3 存储器方案 10
2.3.4 存储器寻址方案 11
3 总体设计
3.1 FPGA设计DDS电路的具体实现 12
3.1.1 相位累加器部分 12
3.1.2 相位/幅度转换电路 12
3.1.3 波形表生成 13
3.1.4 D/A转换电路 13
3.1.5 系统控制电路 13
3.2 单片机与FPGA的接口设计 13
3.3现场可编程逻辑器件（FPGA）的选择 15
3.4 其他电路设计 16
3.4.1 晶体振荡电路 16
3.4.2 地址计数脉冲产生电路 17
3.4.3 幅度控制电路 17
3.4.4 单片机外扩展存储器电路 18
3.4.5 滤波、缓冲输出电路 18
3.4.6 键盘和显示控制电路 19
4 系统的实现
4.1 系统的计算与仿真 20
4.1.1 系统频率、相位和幅度的计算 20
4.1.2 系统仿真 21
4.2 单片机的编程实现 22
5 总结与展望 23
致谢 25
参考文献 26
附录 1 28
附录2 29
附录3 32
关键词：单片机，现场可编程逻辑门阵列，直接数字频率合成，正弦信号发生器,硬件描述语言
参考文献
[1] 郑凤涛,陈金佳.基于CPLD的数控正弦波的信号源的设计.黎明职业大学学报,2003,38(1):25～30
[2] 徐志军,徐光辉. CPLD/FPGA的开发与应用. 北京：电子工业出版社，2002: 192～272
[3] 黄正谨,徐坚,章小丽等.CPLD系统设计技术入门与应用.北京：电子工业出版社，2002:93～209
[4] 韩素敏,郑征.基于VHDL的正弦波发生器设计.陕西工学院学报,2003,19(4):8～10
[5] 陈新原,龙世瑜.DDS芯片AD9850的EEP接口设计.微型机与应用,2005,(2):24～26
[6] 毕红军,张永瑞.利用单片机与CPLD实现直接数字频率合成器(DDS).现代电子技术,2002,(11):91～93
[7] 姜萍,王建新,吉训生.FPGA实现的直接数字频率合成器.电子工程师.2002,28(5):43～47
[8] 邵正途,高玉良.DDS/FPGA在信号产生系统中的应用.电子技术,2005,(1): 82～84
[9] 谭建军,杨庆. EWB与电子技术基础课程设计. 北京：中央民族大学出版社，2002:228～236
[10周正干,李和平,李然.超低频移相信号发生器的设计.仪表技术,2000(1):9～11
[11]周峻峰,陈涛.基于FPGA的直接数字频率合成器的设计与实现.国外电子元器件,2003,(1):4～6
[12]宋跃,周明辉,谭爱群.基于VHDL的虚拟相位差测量方法研究及其实现.半导体技术,2002,(1):29～31
[13]陈辉,王迎旭.CPLD在频率测控系统中的应用.半导体技术,2001(12)：24～27
[14]AD公司．A Technical Tutorial On Digital Signal Synthesis,1999:2～8
[15]IEEE Tran.A Direct_Digital synthesizer with Improved spectral performance. on communication,1991,39(7):16～20
[16]傅玉朋,李明浩,吕进华.DDS技术的FPGA设计与实现.大连民族学院学报, 2004,6(3):46～47
[17]全国大学生电子设计竞赛组委会编.第五届全国大学生电子设计竞赛获奖作品选编(2001).北京:北京理工大学出版社,2003:1～40
[18]文卓然.数字式移相信号发生器中的一个误区.电子世界,2004,(5): 42～43
[19]H.T.Nicholas III H.Samulei.An analysis of the output spectrum of Direct Digital Frequency Synthesizers in the presence of phase accumulator truncation,IEEE Proc.41st AFCS,1999:495～502
[20]胡汉才.单片机原理及其接口技术.北京:清华大学出版社,2003:50～220
[21]Vankka J.Spur reduction techniques in sine out-put direct digital synthesis,IEEE Proc.50th AFCS,2001:951～959
[22] Altera Inc.DATABOOK.Altera corporation, 2001：24～31
[23]邹轶才,黄正东.用AD7008构成可程控正弦波信号发生器.经验交流,2005, (2):79～80
[24]贾方亮,赵泳,郝立果,张锡鹃.高精度数字式移相信号发生器的研制.天津职业技术师范学院学报,2004,14(2):23～25
[25]王皓,刘克刚,李小青.低频相位测量系统的研究与实现.电子技术,2004(9):22～25
40页共计17996字
摘要
在信号发生器的设计中,传统的用分立元件或通用数字电路元件设计电子线路的方法设计周期长,花费大,可移植性差。本设计是利用EDA技术设计的电路, 该信号发生器输出信号的频率范围为20Hz～20KHz，幅度的峰-峰值为0.3V～5V两路信号之间可实现0°～359°的相位差。
侧重叙述了用FPGA来完成直接数字频率合成器(DDS)的设计,DDS由相位累加器和正弦ROM查找表两个功能块组成,其中ROM查找表由兆功能模块LPM_ROM来实现。而通过设定不同的累加器初值(K1)和初始相位值(K2)，可以调节两路相同频率正弦信号之间的相位差,从而产生两路数字式的频率、相位和幅值可调的正弦波信号，最后通过MAX+plusII演示仿真结果。
与传统的频率合成方法相比，DDS合成信号具有频率切换时间短、频率分辨率高、相位变化连续等诸多优点。使用单片机灵活的控制能力与FPGA器件的高性能、高集成度相结合，可以克服传统DDS设计中的不足，从而设计开发出性能优良的DDS系统。
目录
摘要 I
Abstract II
1 绪言
1.1 课题背景 1
1.2 课题研究的目的和意义 1
1.3 国内外概况 2
1.4 课题的主要研究工作 3
2 系统设计方案的研究
2.1 系统的性能要求 4
2.2 系统实现的原理 4
2.2.1 DDS的基本原理 5
2.2.2 FPGA实现的直接数字频率合成器 6
2.2.3 移相原理 6
2.3 系统实现方案分析与比较 8
2.3.1 频率合成器方案 8
2.3.2 移相方案 10
2.3.3 存储器方案 10
2.3.4 存储器寻址方案 11
3 总体设计
3.1 FPGA设计DDS电路的具体实现 12
3.1.1 相位累加器部分 12
3.1.2 相位/幅度转换电路 12
3.1.3 波形表生成 13
3.1.4 D/A转换电路 13
3.1.5 系统控制电路 13
3.2 单片机与FPGA的接口设计 13
3.3现场可编程逻辑器件（FPGA）的选择 15
3.4 其他电路设计 16
3.4.1 晶体振荡电路 16
3.4.2 地址计数脉冲产生电路 17
3.4.3 幅度控制电路 17
3.4.4 单片机外扩展存储器电路 18
3.4.5 滤波、缓冲输出电路 18
3.4.6 键盘和显示控制电路 19
4 系统的实现
4.1 系统的计算与仿真 20
4.1.1 系统频率、相位和幅度的计算 20
4.1.2 系统仿真 21
4.2 单片机的编程实现 22
5 总结与展望 23
致谢 25
参考文献 26
附录 1 28
附录2 29
附录3 32
关键词：单片机，现场可编程逻辑门阵列，直接数字频率合成，正弦信号发生器,硬件描述语言
参考文献
[1] 郑凤涛,陈金佳.基于CPLD的数控正弦波的信号源的设计.黎明职业大学学报,2003,38(1):25～30
[2] 徐志军,徐光辉. CPLD/FPGA的开发与应用. 北京：电子工业出版社，2002: 192～272
[3] 黄正谨,徐坚,章小丽等.CPLD系统设计技术入门与应用.北京：电子工业出版社，2002:93～209
[4] 韩素敏,郑征.基于VHDL的正弦波发生器设计.陕西工学院学报,2003,19(4):8～10
[5] 陈新原,龙世瑜.DDS芯片AD9850的EEP接口设计.微型机与应用,2005,(2):24～26
[6] 毕红军,张永瑞.利用单片机与CPLD实现直接数字频率合成器(DDS).现代电子技术,2002,(11):91～93
[7] 姜萍,王建新,吉训生.FPGA实现的直接数字频率合成器.电子工程师.2002,28(5):43～47
[8] 邵正途,高玉良.DDS/FPGA在信号产生系统中的应用.电子技术,2005,(1): 82～84
[9] 谭建军,杨庆. EWB与电子技术基础课程设计. 北京：中央民族大学出版社，2002:228～236
[10周正干,李和平,李然.超低频移相信号发生器的设计.仪表技术,2000(1):9～11
[11]周峻峰,陈涛.基于FPGA的直接数字频率合成器的设计与实现.国外电子元器件,2003,(1):4～6
[12]宋跃,周明辉,谭爱群.基于VHDL的虚拟相位差测量方法研究及其实现.半导体技术,2002,(1):29～31
[13]陈辉,王迎旭.CPLD在频率测控系统中的应用.半导体技术,2001(12)：24～27
[14]AD公司．A Technical Tutorial On Digital Signal Synthesis,1999:2～8
[15]IEEE Tran.A Direct_Digital synthesizer with Improved spectral performance. on communication,1991,39(7):16～20
[16]傅玉朋,李明浩,吕进华.DDS技术的FPGA设计与实现.大连民族学院学报, 2004,6(3):46～47
[17]全国大学生电子设计竞赛组委会编.第五届全国大学生电子设计竞赛获奖作品选编(2001).北京:北京理工大学出版社,2003:1～40
[18]文卓然.数字式移相信号发生器中的一个误区.电子世界,2004,(5): 42～43
[19]H.T.Nicholas III H.Samulei.An analysis of the output spectrum of Direct Digital Frequency Synthesizers in the presence of phase accumulator truncation,IEEE Proc.41st AFCS,1999:495～502
[20]胡汉才.单片机原理及其接口技术.北京:清华大学出版社,2003:50～220
[21]Vankka J.Spur reduction techniques in sine out-put direct digital synthesis,IEEE Proc.50th AFCS,2001:951～959
[22] Altera Inc.DATABOOK.Altera corporation, 2001：24～31
[23]邹轶才,黄正东.用AD7008构成可程控正弦波信号发生器.经验交流,2005, (2):79～80
[24]贾方亮,赵泳,郝立果,张锡鹃.高精度数字式移相信号发生器的研制.天津职业技术师范学院学报,2004,14(2):23～25
[25]王皓,刘克刚,李小青.低频相位测量系统的研究与实现.电子技术,2004(9):22～25
