基于FPGA的数字频率源的设计.doc

摘要:波形发生器已成为现代测试领域应用最为广泛的通用仪器之一，代表了波形发生器的发展方向。随着科技的发展，对波形发生器的各方面的要求越来越高。近年来，直接数字频率合成器（DDS）由于其具有频率分辨率高、频率变换速度快、相位可连续变化等特点在数字通信系统中的已被广泛采用而成为现代频率合成技术中的佼佼者。现场可编程门阵列（FPGA）设计灵活、速度快，在数字专用集成电路的设计中得到了广泛的应用，由于现场可编程逻辑门阵列（FPGA）具有高集成度、高速度、可实现大容量存储器功能的特性，能有效地实现DDS技术，极大的提高波形发生器的性能，降低生产成本。

本文首先介绍了DDS波形发生器的研究背景和DDS的理论。然后详尽地叙述了用FPGA完成DDS模块的设计过程，利用VHDL硬件描述语言设计DDS波形发生器的各个模块，最后利用Altera的设计工具Quartus II并结合嵌入式逻辑分析仪对波形发生器进行电路设计功能仿真，并对仿真结果进行分析。仿真结果表明：简易波形发生器可输出正弦波和方波，并且可通过改变频率控制字来改变输出波形的频率。通过嵌入式逻辑分析仪采集到的数据表明，本设计达到了预定的要求，并证明了采用软硬件结合，利用FPGA技术实现DDS波形发生器的方法是可行的。

关键词：直接数字频率合成  现场可编程门阵列  简易波形发生器

目录

摘要

ABSTRACT

1  绪 论-1

1.1基于DDS波形发生器背景-1

1.2 波形发生器的功能与发展现状-3

1.2.1简易波形发生器的功能-3

1.2.2波形发生器的发展现状-3

1.2.3研究波形发生器的目的和意义-5

1.3  本章小结-5

2  DDS理论介绍-5

2.1  频率合成技术-5

2.1.1频率合成技术的发展和分类-5

2.1.2频率合成技术的技术指标-7

2.1.3直接频率合成技术的现状和应用-8

2.2DDS的原理及性能特点-9

2.2.1DDS的基本原理-9

2.2.2DDS的优点-10

2.2.3影响DDS技术性能的因素-11

2.3本章小结-11

3  FPGA芯片设计及其开发环境简介-12

3.1现场可编程逻辑门阵列（FPGA）简介-12

3.2  Quartus II 9.1 集成开发环境简介-14

3.3  VHDL语言简介-15

3.4  嵌入式逻辑分析仪SignalTab II简介-16

3.5  FPGA开发流程-17

3.6  本章小结-18

4  DDS的简易波形发生器的FGPA实现-19

4.1DDS波形发生器的FPGA设计流程-19

4.2DDS波形发生器的模块划分-20

4.2.1频率控制模块-20

4.2.2波形控制模块-21

4.2.3波形数据存储模块-22

4.2.4DDS波形发生器顶层原理图-24

4.3  DDS波形发生器功能仿真-26

4.3.1嵌入式逻辑分析仪的设置-26

4.3.2输出波形数据分析-29

4.4本章小结-31

5  结 论-32

致  谢-33

参考文献-34

附  录-35