基于FPGA的直接数字频率合成器.doc

摘要
直接数字频率合成(DDS)技术采用全数字的合成方法,所产生的信号具有频率分辨率高、频率切换速度快、频率切换时相位连续,输出相位噪声低和可以产生任意波形等诸多优点。
本文在对现有DDS技术的大量文献调研的基础上,提出了符合FPGA结构的DDS设计方案并利用QuartusⅡ软件上进行仿真,通过单片机,D/A转换器低通滤波器来实现具体波形的频率控制和输出,将现场可编程逻辑器件FPGA 和DDS 技术相结合,具体的体现了基于VHDL语言的灵活设计和修改方式是对传统频率合成实现方法的一次重要改进。FPGA器件作为系统控制的核心,其灵活的现场可更改性,可再配置能力,对系统的各种改进非常方便,在不更改硬件电路的基础上还可以进一步提高系统的性能。文章给出仿真结果,经过验证本设计能够达到其预期性能指标。
本次设计的侧重点是VHDL语言的编程,和单片机控制。
关键词:直接数字频率合成器;硬件描述语言;现场可编程门阵列;单片机;
目录
第1章频率合成器及相关内容简介………………………………………………………….2
频率合成的发展状况 2
DDS的优点与缺点 3
DDS的发展前景 3
FPGA简介 4
FPGA的结构 4
FPGA的开发流程 4
VHDL语言简介 6
第2章总体设计………………………………………………………………………………..6
DDS的基本原理 6
DDS的基本原理 6
DDS的工作原理 7
DDS的输出频率及分辨率 8
DDS总体框图的设计 8
第3章单元模块的功能及实现………………………………………………………………….9
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硬件电路及说明 9
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10
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功能 11
电路分析及设计 12
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功能 12
正弦波采样值的计算 12
顶层电路的设计 13
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D/A转换器原理及管脚说明 20
D/A转换器在设计中的应用 21
第4章预算值与仿真对比……………………………………………………………………..23
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总结……………………………………………………………………………………………….25
参考文献………………………………………………………………………………………….25
附录……………………………………………………………………………………………….26
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第1章频率合成器及相关内容简介
直接数字频率合成技术(Direct Digital Frequency Synthesis,即DDFS,一般简称DDS)是从相位直接合成所需波形的一种新的频率合成技术。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,在数字通信系统中已被广泛采用。随着微电子技术的发展,现场可编程门阵列( FPGA)器件得到了飞速发展。由于该器件具有速度快、集成度高和现场可编程的优点,因而在数字处理中得到广泛应用,越来越得到硬件电路设计工程师的青睐。
频率合成的发展状况
频率合成器是电子系统的心脏,是决定电子系统性能的关键设备。随着现代无线电通信事业的发展,移动通信雷达制导武器和电子对抗等系统对频率合成器提出越来越高的要求。低相噪高纯频谱和高速捷变的频率合成器一直是频率合成技术发展的主要目标,DDS 技术的发展将有力地推动这一目标的实现。
从频率合成技术的发展过程看频率合成的方法主要有三种:
(1)最早的合成方法称为直接频率合成,它是使基准信号通过脉冲形成电路来产生丰富谐波脉冲,随后通过混频分频倍频和带通滤波器完成频率的变换和组合,以产生我们需要的大量离散频率从而实现频率合成。其合成方法大致可以分为两种基本类型:一种是所谓非相关合成方法;另一类是所谓相关合成方法。这两种合成方法的主要区别在于所使用的参考频率源的数目不同。它的缺点在于制作具有相同频率稳定性和精度的多个晶体参考频率源既复杂又困难,而且成本高。
(2)锁相频率合成是应用模拟或数字锁相环路的间接频率合成。它被称为第二代频率合成技术。早期的合成器使用模拟锁相环,后来又出现了全数字锁相环和数模混合的锁相环。数字鉴相器、分频器加模拟环路滤