基于FPGA信号发生器的设计与实现

本科毕业论文（设计）题目基于FPGA信号发生器的设计与实现院（系）电子工程与电气自动化学院专业电子科学与技术学生姓名何厥亚学号09026009指导教师常红霞职称实验师论文字数6018完成日期:2013年5月30日巢湖学院本科毕业论文(设计)诚信承诺书本人郑重声明：所呈交的本科毕业论文(设计)，是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。本人签名：日期：巢湖学院本科毕业论文(设计)使用授权说明本人完全了解巢湖学院有关收集、保留和使用毕业论文(设计)的规定，即：本科生在校期间进行毕业论文(设计)工作的知识产权单位属巢湖学院。学校根据需要，有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许毕业论文(设计)被查阅和借阅；学校可以将毕业论文(设计)的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编毕业，并且本人电子文档和纸质论文的内容相一致。保密的毕业论文(设计)在解密后遵守此规定。本人签名：日期：导师签名：日期：I基于FPGA信号发生器的设计与实现摘要直接数字频率合成技术是从相位直接合成所需波形的一种新的频率合成技术。本设计提出了基于FPGA的DDS的设计方案，并使用MAXPLUSⅡ软件在ACEX1K系列器件上进行了实现。主体设计包括去抖模块、频率控制模块、相位累加模块、ROM模块、波形选择模块，最后在本方案的基础上提出了提高波形精度的方法。本设计通过按键来控制频率，在相位累加模块实现累加，当累加溢出时，完成一个周期，按照地址值输出相应幅值。本设计给出了各个模块以及总体的仿真结果，经过验证已经达到本设计预期的性能指标。关键词：直接数字频率合成器；可编程门阵列；VHDLIIThedesignandRealizationofsignalgeneratorbasedonFPGAAbstractDirectdigitalfrequencysynthesistechnologyisanewfrequencysynthesistechnology.Itwasproducedbasedonphasedirectly.ThispaperproposesadesignproposalofDDSthatbasedonFPGA,andwasimplementedinACEX1KseriesdeviceusingMAXPLUSII.Mainbodyofdesignincludescanceljumpmodule,frequencycontrolmodule,phaseaccumulatemodule,ROMmodule,waveformchoosemodule.Thispaperfinallyproposesmethodstoimprovetheprecisionofwaveformonthebaseofthisscheme.Thefrequencywascontrolledthroughthebutton.Phaseaccumulatemoduleisusedforaccumulate.Whenaccumulateoverflows,itcompletesacycle.Accordingtoaddress,itoutputscorrespondingamplitudes.Finally,thesimulationofeverymodulewasgave,andtheperformanceindexisavailablethroughthisdesign.KeyWords:DDS,FPGA,VHDL目录摘要..........................................................................................................................IAbstract.......................................................................................................................II1.绪论........................................................................................................................11.1引言.......................................................................................................................11.2课题研究背景.......................................................................................................11.3国内外研究状况...................................................................................................21.4本设计的主要思路...............................................................................................22.DDS设计原理........................................................................................................32.1DDS实现的基本原理...........................................................................................32.2DDS信号发生器的实现方式...............................................................................32.2.1DDS直接数字频率合成....................................................................................32.2.2实现过程介绍....................................................................................................43.DDS信号发生器具体实现过程............................................................................53.1去抖模块...............................................................................................................53.2频率控制模块.......................................................................................................63.3相位累加模块.......................................................................................................63.4ROM模块.............................................................................................................83.5选择波形模块.......................................................................................................9参考文献...................................................................................................................12致谢.......................................................................................................................13巢湖学院2013届本科毕业论文(设计)11.绪论1.1引言频率合成器在现代电子设备以及系统功能中扮演着不可或缺的角色。20世纪末，科技发展的同时，频率合成技术也发展的有声有色，直接数字频率合成（DDS）技术也是当时新发明的一种拥有较高分辨率、相互切换迅速、连续相位等优点一种频率合成技术。也正因为DDS具有以上等优点，使得它在信息通讯，国防等领域得到非常广泛的使用。1.2课题研究背景频率合成技术最早起源于二十世纪三十年代，直到今天已经有七十年的历史了。频率合成器在电子系统领域中扮演着不可或缺的角色，电子系统的性能优劣主要由它来决定的，随着现代科技、无线通信事业等等的飞速发展，对于频率合成器的要求也是越来越高。正因为频率合成器如此重要，各个国家也是一直不断的在研究它，频率合成器的特点也越来越多样化和得到完善。紧接一些比较大的集成电路和相关信号理论飞速的发展，直接数字频率合成（DDS）在七十年代初出现了，DDS是崭新的一项数字频率合成技术，正因为它的出现，标志着频率合成技术已经达到比较成熟的阶段。最先发明提出DDS概念的是J.Tierney和C.M.Tader等一些人，它利用数字方式累加相位，再以相位之和作为地址来查询正弦函数表来得到离散数字序列，通过过D/A变换以后，就能得到模拟的正弦波。当系统时钟不变的情况下，输出频率由频率寄存器中的频率字来决定。而分辨率累则是由加器的字长来决定。DDS具有以下几个优点：（1）频率分辨率较高，输出频点较多，可达2的n次方个频点（n为DDS相位累加器的字长）；（2）频率切换速度很快，可以达到岸s量级；（3）在频率切换的同时相位连续；（4）可以输出正交信号；（5）输出噪声小，很好的改善了频率源的相位噪声；（6）能够产生几乎所有波形；（7）全数字化实现，以便于集成，体积小，重量轻。由于DDS具有以上诸多优点使得它在短短几十年内被各个领域广泛的应用。由此可知，对课题的深入研究设计对电子信息专业的学基于FPGA信号发生器的设计与实现2生来说很有必要。1.3国内外研究状况在我国，数字信号发生器的发展还是比较快的，并且广泛应用于通信、雷达、无线电导航、影视音响等等电测仪器领域。比如南京新联电子的EE1642B1输出频率为0.1~150MHz，上海爱仪的AS1051S频率输出范围0.1~150MHz，它们都具有信号失真小，输出稳幅等特点。在国内，还是有很多厂家生产信号发生器的，但是与外国的一些产品对比来说，信号发生器的分辨率，切换速度，相位噪声等等这些方面还是有比较大的差距。外国数字信号发生器的研究已经比较成熟了，诸多著名的电子公司己经研制出品质优良的数字信号发生器，如ADI公司是美国的一家大型器件公司，它是业界非常先进的DDS