论文总字数：20080字

目 录

第1章、绪论 1

1.1 背景与意义 1

1.2 国内外发展情况 1

1.3 任务及内容安排 2

第2章、系统的基本原理 3

2.1 系统流程 3

2.2 频率合成技术 3

2.3 DDS基本原理 4

2.3.1 DDS的优点 5

2.3.2 DDS的缺点 6

2.4 FPGA基本原理 6

2.5 编程环境 6

2.6 Verilog语言 7

2.7仿真环境 7

第3章、硬件电路设计 8

3.1 整体电路设计 8

3.2 FPGA外部电路设计 10

3.2.1 电源电路设计 10

3.2.2 D/A转换电路设计 12

3.2.3 键盘控制电路设计 14

3.2.4 数码管显示电路设计 14

3.3.5 ROM存储电路设计 15

第4章、系统方案设计 16

4.1 整体方案的设计 16

4.2 DDS模块的方案 17

4.2.1 相位累加方案 17

4.2.2 ROM存储方案 20

4.2.3 数模转换方案 21

4.2.4 低通滤波方案 23

第5章、 系统测试 23

5.1波形仿真 23

5.2实物演示 24

第6章、 总结与展望 27

参考文献： 27

致谢 29

基于FPGA的多波形信号发生器

邢俊

，China

Abstract：This paper mainly describes the design and implementation of signal generator based on FPGA.Firstly, the hardware system based on FPGA is designed, which is composed of FPGA module D/A module and low pass filter,and the function of phase accumulator completed by FPGA.Secondly, the Quartus II software is used to write the Verilog program, the clock signal is divided and the phase is accumulated, then the output waveform is called from the LPM-ROM storage, and then the waveform is output after the DA conversion and the low-pass filter.Finally, the program is written into the hardware system and debugged.In order to improve the practicability, the design also adds the key to select the type of output waveform to realize the output. The function of adjustable output voltage, adjustable amplitude and adjustable frequency.

Key words: signal Generator, Field Programmable Gate Array, DDS，Verilog language

第1章、绪论

1.1 背景与意义

直接数字合成技术（DDS）在70年代就已经被提出，它是一种基于数字信号处理，从相位的角度来合成人们所需波形的频率合成方法，但由于当时的局限性，无法进行深入的研究。而如今，集成电路的迅速发展使DDS的深入研究变成了可能。信号发生器是我们日常的学习生活中一种比较常见的电子仪器，在电子电路实验等方面得到广泛的使用。如今人们进入了新的历史时代，信息化愈加显著，电子科技得以迅速的发展，朝着高质量的方向前进，而信号发生器质量的好坏直接影响了性能的高低，因而，对信号发生器的质量有了更高的要求。不仅仅需要能够输出锯齿波、方波、正弦波或者是三角波之类的波形，同时还要求输出波形频率宽度大，输出波形平滑，输出频率，操作便利，高分辨率，高速度，输出频率稳定以及输出电压的幅度可调等。而之前的信号发生器大部分都是由震荡器、调制器、放大器以及衰减器等器件构成，其设计复杂且内部的器件一般不可以进行相互替代，同时由于器件较多，因此连线复杂，不便捷，和如今人们对于信号发生器的要求相距甚远。

波形信号发生器就是一种信号源，是目前使用的最普遍、最广泛的电子仪器之一。无论是在教学、生产亦或科研是上，波形信号发生器都是电子工程师进行信号实验的必不可少的工具。鉴于传统波形发生器的种种不足之处，越来越不能够满足现代电子测量的需要，因此，研究操作便利，具有高质量输出波形，输出频率稳定且分辨率高等优点的多波形信号发生器十分有必要，并且具有重大的意义。

1.2 国内外发展情况

信号发生器最早是从国外开始发展，中国接触这一块就远远晚于国外，不过如今国内加强了对DDS的研究，许多的研究人员投入到DDS芯片性能的应用方面以及性能提高方面的研究，目前我国生产的DDS芯片基于0.35μm 常规互补金属氧化物半导体电路(CMOS)工艺,研制出的芯片最高时钟可以达到2000MHZ，具有DAC模块，功耗一般为0.82W。

目前国外在信号发生器的研发方面优于国内，甚至是遥遥领先，国外的频率合成器技术已经十分先进。在多年以前，大量品质优秀的信号发生器由国外的生产厂商研发出来，目前有Harris，Standford,Plessy等公司，伴随着这些公司的出现，大量性能优良的DDS芯片也随之走进市场，就比如Qualcomm公司的Q2220,Q2334,Q2368等的DDS芯片，其中的Q2368性能较好，杂散为-76dbc，分辨率是0.03HZ，变频时间是0.1ps。除此以外，美国的Analog Device公司也研发生成了他们的DDS芯片，其中型号为AD9852的芯片可以实现线性，型号为AD9854的芯片可以进行两路的正交输出，并且采用了D/A转换器。还有Communication Techniques Inc公司FSFR系列的频率合成器，采用了DDS PLL合成的方法，这个系列的频率合成器的输出范围达到10MHZ-18GHZ，它的步进间隔为1HZ，杂散分量为-65dBc ，转换速度为1μs。

从目前国内外发展的总体态势来看，国内外在DDS方面的发展仍有较大的差距，国内在DDS芯片的研发上也只是取得一些成就，但在芯片的分辨率，转换速度，功耗方面差距仍然较大，所以需要加大对DDS的研究。

1.3 任务及内容安排

本设计的多波形信号发生器是以FPGA为核心，利用DDS的原理实现的。本次设计过程首先是了解DDS的原理，以及FPGA的功能。接着，由DDS原理得到系统的组成部分，从而完成信号发生的系统整体流程图，再得到各个模块的设计方案，然后选择元器件从而画出原理图并根据原理图进行PCB板的绘制，在软件方面，利用QuartusⅡ进行软件的编写，利用Modelsim和quartusⅡ进行联合仿真，在最后把程序写入实物中并且进行实物的调试。最终的多波形发生器达到以下功能：

剩余内容已隐藏，请支付后下载全文，论文总字数：20080字