基于FPGA的DDS波形发生器的设计论文

哈尔滨工业大学华德应用技术学院毕业设计（论文）

摘 要

波形发生器己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Verilog-HDL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Modelsim软件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，波形发生器可输出正弦波、三角波、方波、锯齿波，并且可通过改变频率控制字和相位控制字的大小来改变输出波形的频率和相位。通过仿真结果表明，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 波形发生器

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Abstract

Waveform generator has become a modern field test one of the most widely used general-purpose equipment, on behalf of the waveform generator development. With the development of technology in all aspects of the waveform generators have become increasingly demanding. In recent years, direct digital synthesizers (DDS) has a frequency resolution because of its high-frequency conversion speed, continuous changes in the phase characteristics in digital communication systems have been widely used in modern frequency synthesis technology to become the leader in . Field-programmable gate array (FPGA) design flexibility, high speed, in digital ASIC design has been widely used, due to field-programmable gate array (FPGA) with high integration, high-speed, large capacity memory can be realized functional characteristics, can effectively achieve DDS technology, which greatly improve the performance of waveform generator and reduce production costs. This paper introduces the DDS waveform generator of the research background and DDS theory. Then a detailed account of the completion of DDS module with FPGA design process, using Verilog-HDL Hardware Description Language Design DDS waveform generator for each module and finally the use of Altera's Quartus II design tool in conjunction with Modelsim software waveform generator circuit design features simulation, and simulation results analysis. Simulation results show that the waveform generator can output sine wave, triangle wave, square wave, sawtooth wave, and can be controlled by changing the frequency and phase control words words to change the size of the output waveform of the frequency and phase. The simulation results show that this designed to meet the scheduled requirements and proof of use of hardware and software combination of the use of FPGA technology to achieve DDS waveform generator approach is feasible.

Keywords：DDS FPGA Waveform Generator

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目 录

摘 要 ....................................................................................... Ⅰ Abstract......................................................................................Ⅱ 第1章 绪论 ................................................................................ 1

1.1 课题背景 ........................................................................ 1 1.2 国内外波形发生器发展现状..…………………………………2

1.2.1 波形发生器的发展现状………………………………….2 1.2.2 国内外波形发生器产品比较....................................4 1.2.3 研究波形发生器的目的及意义…………………………5

1.3本文研究主要内容………………………………………………5 第2章DDS波形发生器理论介绍 .................................................. 6

2.1 频率合成技术 .................................................................. 6

2.1.1频率合成技术的发展和分类…………………………….6 2.1.2频率合成技术的技术指标……………………………….7 2.1.3直接数字频率合成技术的现状及应用…………………8 2.2 DDS的原理及性能特点…………………………………………9 2.2.1 DDS的基本原理....……………………………………….9 2.2.2 DDS的优点....……………………………………………11 2.2.3 DDS的缺点……………………………………………….12 本章小结……………………………………………………………...12 第3章 FPGA及其开发环境简介...................................................13

3.1现场可编程门阵列（FPGA）简介.……………………….…...13 3.2 Quartus II 8.1集成开发环境简介…………………………..…15 3.3 ModelSimHDL语言仿真软件简介…………………………….16 3.4 Verilog-HDL语言简介…………………………………………..17 3.5 FPGA开发流程…………………………………………………..19 本章小结……………………………………………………………….19 第4章DDS波形发生器的FPGA实现..........................................20

4.1 DDS波形发生器的FPGA设计流程…………………………..20 4.2 DDS波形发生器模块划分……………………………………...22

4.2.1 DDS波形发生器顶层模块……………………………….22

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4.2.2 DDS波形发生器测试模块……………………………..23 4.2.3 DDS波形发生器ROM模块……………………………25 4.3 DDS波形发生器功能仿真…………………………………….25 本章小结.............................................................................27 结 论 ....................................................................................... 28 致 谢 ....................................................................................... 29 参考文献 .................................................................... …… 此处隐藏：3533字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……