毕业论文基于fpga的dds信号发生器设计说明书
基于FPGA的DDS正弦信号发生器设计
４后 端模 拟电路设 计
４ ． １ Ｄ Ａ 转换电路 模块 ＤＡＣ ９ ０ ４是一款 是 ｌ ４位分辨 率 １ ６ ５ Ｍｓ Ｐ ｓ 采样率的高速并行 ＤＡＣ，可 以轻松处理 Ｆ Ｐ Ｇ Ａ 的 ＧＰ Ｉ Ｏ口以 １ ０ ０ ＭＨ ｚ输 出 的 正 弦 波 幅数 字 信号 与 时钟 ，将 其 转换 为单 端 电流信 号 。但
高功率 的放大 ，只需并联 多个 Ｔ ＨＳ ３ ０ ９ １即可 实 现 。
信 号，用 Ｖ Ｃ Ａ ８ １ ０实现幅值 可控 ， 输 出端 用 Ｔ Ｈ Ｓ ３ ０ ９ １ 设 计 功 率 放 大 电路 实现对 负载 的驱 动。采 用无 源滤 波 网络 滤波 实现 高频信 号 滤 除。本 设计 在 同类 电路 中做 到 了 精 准、稳 定、高效。
作 用 ，如 图 １ 所 示，为交互方便，采用 ４ ＊ ４按
２ ＭＨｚ ，５ ＭＨｚ ， 单 片 机 调 整 输 出 波 幅 峰 值 到
１ ０ ０ ｍＶ与 ３ ｖ ， 观察波形失真情况 。 经 实 测， 在 １ ～ ５ ＭＨｚ ， 输 出 电 压 １ ０ ０ ｍＶ～ ３ Ｖ范 围内输 出波形无 明显失真 ， 频率 稳定度优于 ｌ ０ ． ５ 。系统工作精确稳定 。
设 定正 弦频 率分 别为 １ Ｈｚ ，２ ０ Ｈｚ ２ ０ ０ ｋ Ｈ ｚ
，
１ 引 言
函数信号 发生器是 电路设计 的重 要仪器 ， 主流设计采用 直接数字 频率合 成 （ Ｄ ＤＳ １ 技术 ，ＤＳＩ Ｐ核等模块 。 单 片机 用 ＭＳ Ｐ ４ ３ ０ Ｆ ２ ６ ｌ ８ ， 在系 统中起主控
把信 号发 生器 的频 率稳 定度 、准确 度提 高到 与基 准频 率相 同 的水平 ，可 以在很 宽 的频域
基于FPGA的DDS信号发生器设计
基于FPGA的DDS信号发生器设计0 引言信号发生器又称信号源或振荡器，在生产实践和科技领域中有着广泛的应用。
能够产生多种波形，如三角波、锯齿波、矩形波(含方波)、正弦波的电路被称为函数信号发生器。
函数信号发生器的实现方法通常是采用分立元件或单片专用集成芯片，但其频率不高，稳定性较差，且不易调试，开发和使用上都受到较大限制。
随着可编程逻辑器件(FPGA)的不断发展，直接频率合成(DDS)技术应用的愈加成熟，利用DDS 原理在FP-GA 平台上开发高性能的多种波形信号发生器与基于DDS 芯片的信号发生器相比，成本更低，操作更加灵活，而且还能根据要求在线更新配置，系统开发趋于软件化、自定义化。
本文研究了基于FPGA 的DDS 信号发生器设计，实现了满足预定指标的多波形输出。
1 DDS 基本原理DDS 建立在采样定理基础上，首先对需要产生的波形进行采样，将采样值数字化后存入存储器作为查找表，然后通过查表读取数据，再经D／A 转换器转换为模拟量，将保存的波形重新合成出来。
DDS 基本原理框图如图1 所示。
除了滤波器(LPF)之外，DDS 系统都是通过数字集成电路实现的，易于集成和小型化。
系统的参考时钟源通常是一个具有高稳定性的晶体振荡器，为各组成部分提供同步时钟。
频率控制字(FSW)实际上是相位增量值(二进制编码)作为相位累加器的累加值。
相位累加器在每一个参考时钟脉冲输入时，累加一次频率字，其输出相应增加一个步长的相位增量。
由于相位累加器的输出连接在波形存储器(ROM)的地址线上，因此其输出的改变就相当于查表。
这样就可以通过查表把存储在波形存储器内的波形抽样值(二进制编码)查找出来。
ROM 的输出送到D／A 转换器，经D／A 转换器转换成模拟量输出。
基于FPGA的DDS型数字信号发生器设计
／
图 ２ 数字 信 号发 生 器 结 构 图
储 器 的 地 址 ， 这 个 地 址 读 取 波 形 用 存 储 器 的 内 容 ，送 到 Ｄ Ａ 转 换 器 ／
图 Ｓ控 制 电路 结 构 框 图 中进 行 数模 转 换 ， 可 以获 得 所 需 １ ＤＤ 就
ｗａ ｅ ｆｒｔｅ ｆｕ ｉｎ ｌ，ｎ ａ ｄｕ ｔｂｅ ｆ ｑ ｅ ｃ ｕ ｃｉｎ ｖ ｏ ｈ ｏ ｒｓ ａｓａ ｄ ｈ ｓ ａ ｊｓａ ｌ ｒ ｕ ｎ ｙ ｆｎ ｔ ｇ ｅ ｏ
Ｋｅ ｗｏｒｓ： ＧＡ， ｙ ｄ ＦＰ ＤＤＳ， ｇｉ ｌ ｉ ｌ ｅｎ ａｔ ｄｉ ｔ ｓｇｎａ ｇ ｅｒ ｏｒ ａ
依 据 图 ２中 各 个 单 元 的 功 能 ，使 用 Ｑｕ Ｒ ｓ ｌ ａ ｕ ｌ 软 件 完 成 Ｖ Ｄ 程 序 设 Ｈ Ｌ
计 。 源程 序 如 下 ：
／
形 发生 器 、 ／ 转换 器 和滤 波器 。 ＤＡ 相 位 累 加 器 对 代 表 频 率 的 输 入 步
进 数 值 进 行 累加 运 算 ， 给 定 相 位 在
关 键 词 ：Ｐ Ｆ ＧＡ， Ｓ， 字信 号发 生 器 ＤＤ 数
Ａｂｓｒ ｔ ｔａｃ
Ｄｉ ｔ ｓｉ ａｌ ｎ ａｏｒ ｓ ｆｅ ｅｎ ｌ ｕ ｅ ｇｉ ａｌ ｇｎ ｇｅ ｅｒ ｔ ｉ ａ ｒ ｑｕ ｔ ｙ ｓ ｄ ｔｏｌ ｎ ｎｅ ａ ｅ ｃｉ ｕｉ ｏ ｉ ｉｔ ｇｒ ｔ ｄ ｒ ｔ ｃ ｄｅ ｇｎ ｎｄ ｓｉ ａ ｄｅ ｇｇｉｇ ｂｕ ｎ ｐｒ ｃ ｓＢａｓ ｄ ｏ ｅｓ ｅ ｏｎ ＰＧＡ Ｆ
时 ， 字 信 号 发 生 器 所 产 生 数 的信 号 最 高 频 率 为 １ １ ６ ｘＯ ／ １ ８ ７３ Ｈ ， 幅 度 精 度 为 ２ ＝ ．ｋ ｚ
基于FPGA的DDS信号发生器的设计
基于 FPGA 的 DDS 信号发生器的设计发布时间：2022-11-15T12:38:52.851Z 来源：《中国科技信息》2022年第7月14期作者：陈慰安[导读] DDS是一种新的频率合成技术，陈慰安广东省博罗县质量技术监督检测所广东省惠州市 516100摘要：DDS是一种新的频率合成技术，也是一种新的信号生成技术。
该方法具有频率分辨率高、频率转换快、相位变化时能保持相位连续，易于实现频率、相位、振幅等数字调制。
因此，DDS在现代电子设备尤其是通信领域中得到了广泛的应用。
关键词：FPGA；DDS信号发生器；设计1FPGA和DDS相关概述FPGA(FieldProgrammableGateArray）是一种高集成度、高速度、高存储能力的器件。
该方法能够有效地实现DDS技术，极大地改善了功能信号发生器的工作效率，并大幅度降低了电子设备的制造成本。
传统的信号源电路采用模拟电路、单片机或DDS专用的芯片。
尽管其应用领域广泛，但是仍然有很多缺点，例如：设计方案成本高，输出波形类型少，输出信号频率控制不灵活，系统升级困难等。
传统的信号源存在两大问题。
一种是调节电压调节器来调节输出的频率，使其难以调节到一个固定的数值；另外，脉冲的工作周期是不能调节的。
DDS技术是目前世界上最主要的一种数字技术，它有很多优势。
DDS技术是一种低功耗、低成本、高转换频率和高分辨率的频率合成技术。
通常，DDS技术有如下几种产生信号的方法：①集成电路功能信号发生器通常能用于产生信号，但是它的功能不全、可用性低、精度低、不能满足高频信号的需要。
②利用MCU的功能产生器来完成：MAX038的优势在于生成高频信号并生成不同的波形，但是MAX038的输出频率是由模拟信号控制的。
该方法既要实现对信号的变换，又要对其进行控制。
由于步长的增大，导致了频率的精确度下降，使得电路变得更为复杂。
DDS技术是一种新的频率合成技术，它与前面所说的信号产生方式相比，可以直接进行DDS芯片的合成，具有操作简单、节约资源等优点。
【毕业设计】基于FPGA的DDS信号发生器
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
generators have become increasingly demanding. In recent years, direct digital
synthesizers (DDS) has a frequency resolution because of its high-frequency
I
基于FPGA的DDS波形发生器 姓名:张怡 专业班级:电子2班 指导教师:易诗
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、
analyzer on the results of observation and analysis. By analyzing the results, it show
that the design meets the requirements intended to.
And Proved that using Flex way to programming the FPGA to produce a
technology to become the leader in . Field-programmable gate array (FPGA) design
基于FPGA的DDS信号发生器设计
基于FPGA的DDS信号发生器设计随着数字信号处理（DSP）技术的发展，直接数字频率合成器（DDS）逐渐取代了传统的频率合成器，成为一种高性能的信号发生器。
DDS信号发生器通过数字信号直接产生模拟信号，具有频率精度高、可编程性强和快速调频等优点。
本文将通过FPGA实现DDS信号发生器的设计。
首先，我们需要了解DDS信号发生器的基本原理。
DDS信号发生器的核心是相位累加器、查找表和数模转换器（DAC）。
通过累加器产生相位累积，将相位累积的结果通过查找表得到对应的振幅值，并经过数模转换器输出模拟信号。
1.确定需要生成的信号的参数，包括输出频率、相位步进精度、振幅等。
根据这些参数，计算累加器的增量值，即每个时钟周期累加器需要累加的值。
2.在FPGA中设计相位累加器。
相位累加器的宽度取决于相位步进精度，一般为32位或64位。
通过在每个时钟周期加上增量值，实现相位的累加。
3.设计查找表。
查找表的大小取决于数字信号的分辨率，一般为2^N 位。
通过输入相位值查找对应的振幅值。
4.设计数模转换器（DAC）。
通过DAC将数字信号转换为模拟信号输出。
5.在FPGA中实现控制逻辑，包括控制相位累加器和查找表的读写操作，使其按照设定的参数进行相位累加和振幅输出。
6.将设计好的FPGA模块进行综合、布局和时序约束，生成比特流文件。
通过以上步骤，基于FPGA的DDS信号发生器的设计就完成了。
设计好的FPGA模块可以实现高精度、高稳定性的信号发生器，广泛应用于通信、雷达、医疗设备等领域。
需要注意的是，在设计过程中需要考虑到FPGA的资源限制，包括LUT资源的利用、频率分辨率和输出频率的限制等。
此外，还可以通过增加相位累积周期、使用多路查找表和多路DAC等方法进一步优化设计。
综上所述，基于FPGA的DDS信号发生器设计是一个较为复杂的过程，需要对DDS原理有深入的理解，并结合FPGA的特点进行设计。
通过合理的设计和优化，可以实现高性能的DDS信号发生器。
(完整word版)基于FPGA的DDS信号发生器设计
基于FPGA的DDS信号发生器设计摘要：利用FPGA芯片及D/A转换器,采用直接数字频率合成技术，设计并实现了一个频率、幅值可调的信号发生器，同时阐述了该信号发生器的工作原理、电路结构及设计思路。
经过电路调试，输出波形达到技术要求，证明了该信号发生器的有效性和可靠性。
0 引言信号发生器作为一种基本电子设备广泛的应用于教学、科研中，因此从理论到工程对信号的发生进行深入研究，有着积极的意义.随着可编程逻辑器件(FPGA)的不断发展，直接频率合成（DDS）技术应用的愈加成熟,利用DDS原理在FPGA平台上开发高性能的多种波形信号发生器与基于DDS芯片的信号发生器相比,成本更低，操作更加灵活，而且还能根据要求在线更新配置，系统开发趋于软件化、自定义化。
本文研究了基于FPGA 的DDS信号发生器设计,实现了满足预定指标的多波形输出。
可产生不同频率、幅度的正弦波、三角波、矩形波信号，仿真和实测结果均证实了其灵活性和可靠性。
1 函数信号发生器的原理和设计1.1 函数信号发生器的结构图1为DDS信号发生器系统结构框图.系统以FPGA芯片为信息处理核心，主要完成数字频率合成、D/A转换、选择滤波、功率放大、LCD显示等功能。
频率控制字M送入32位的累加器进行累加运算，截取32位累加器的第24到第30位作为ROM的地址,ROM在累加器的控制下，输出8位的数字波形数据,经过DAC0832转换为模拟量，因为DAC0832输出的是电流的形式,所以通过电压转电流电路转换为电压形式的模拟波形,但其中还含有大量的高频成分，为了输出频率纯净的信号波形，再通过一个二阶的有源低通滤波器。
最后为了调节输出信号的峰峰值，再引入一个幅度调节电路。
根据直接数字频率合成理论将系统的频率分辨率及输出频率写为：其中fclk和N为系统时钟和位宽，M为频率控制字，利用信号相位与时间成线性关系的特性，直接对所需信号进行抽样、量化和映射，输出频率可调的信号波形。
基于FPGA的DDS信号发生器设计
基于FPGA的DDS信号发生器设计随着现代科技的不断发展，数字信号发生器（DDS）已成为各种电子设备中常用的一种功能模块。
使用DDS技术可以生成高质量、高稳定性的各种频率和波形的信号。
而FPGA（Field Programmable Gate Array）作为一种可编程逻辑器件，具有高集成度、高速度和灵活性等优势，逐渐成为了实现DDS信号发生器的主要选择之一一、DDS技术概述DDS（Direct Digital Synthesis）技术是一种基于数字直接合成的方法，通过计算机算法精确地合成期望的波形。
它的工作原理是将时钟信号分频得到一系列的离散相位值，再通过查表和插值的方法得到对应的幅值，最后通过一个DAC（Digital to Analog Converter）将数字信号转换为模拟信号输出。
二、基于FPGA的DDS信号发生器设计步骤1.系统架构设计根据DDS信号发生器的要求，确定所需的系统架构。
一般包括时钟模块、相位累加器、查找表、插值器、DAC和控制逻辑等模块。
2.时钟模块使用FPGA内部的资源或外部时钟源生成所需的系统时钟信号。
可以通过时钟分频和PLL（Phase-Locked Loop）锁相环技术来实现对系统时钟的精确控制。
3.相位累加器利用FPGA的寄存器或分频模块实现相位累加功能。
通过周期性地累加相位增量，可以得到DDS信号的相位。
4.查找表利用FPGA内部的RAM（Random Access Memory）存储相位对应的幅值。
根据相位的大小来查找对应的幅值，存储在RAM中。
5.插值器可以通过线性插值或差值的方法对相位查找表的输出进行插值，以提高输出信号的精度和稳定性。
6.DAC将插值器输出的数字信号转换为模拟信号，通过FPGA的IO端口或专用的DAC芯片输出到外部电路。
7.控制逻辑设计合适的控制逻辑，可以通过外部接口或FPGA内部的控制模块来控制DDS信号发生器的频率、幅值、相位偏移等参数。
基于FPGA的DDS信号发生器设计
基于FPGA的DDS信号发生器设计一、引言随着科技的不断发展，数字信号处理（Digital Signal Processing，简称DSP）在各个领域得到广泛应用。
其中，一种常见的应用是通过数字直接合成（Digital Direct Synthesis，简称DDS）来生成各种信号。
DDS信号发生器能够快速准确地产生高质量的信号，被广泛应用于通信、电子测量、医疗器械等领域。
本文将阐述基于现场可编程门阵列（Field-Programmable Gate Array，简称FPGA）的DDS信号发生器设计。
二、FPGA的简介FPGA是一种可编程的逻辑器件，其内部包含了大量可编程的逻辑单元和存储单元。
FPGA具有灵活性高、可重构性强等特点，可以根据设计者的需求，灵活地实现各种数字电路。
因此，FPGA成为DDS信号发生器设计的理想平台。
三、DDS技术原理DDS技术通过数字控制相位累加器和振荡器来实现信号的直接合成。
其中，相位累加器用于控制振荡器输出频率的连续调节，振荡器则根据相位累加器的输出产生正弦波。
DDS信号发生器的主要步骤如下：1. 初始化相位累加器：将初始相位值存入相位累加器。
2. 累加相位值：相位累加器根据设定的增量值不断累加，得到一个新的相位值。
3. 查表获得振荡器的输出值：通过查表法，根据相位值获得振荡器的输出幅度。
4. 输出信号：根据振荡器的输出幅度，形成DDS信号。
四、1. 系统架构设计：本设计采用基于FPGA的硬件逻辑实现DDS信号发生器。
系统由相位累加器、振荡器、幅度调节模块和输出模块组成。
其中，相位累加器使用FPGA中的计数器实现，振荡器采用三角函数计算逼近的方式实现，幅度调节模块用于调节振荡器的输出幅度，输出模块将DDS信号输出到外部。
2. 相位累加器设计：相位累加器是DDS信号发生器的核心模块。
本设计采用基于FPGA的计数器实现相位累加器，通过控制计数器的计数速度来调节信号的频率。
基于FPGA的DDS信号发生器设计
第1章绪论1.1 系统背景随着科技的不断发展，电子技术获得了飞速的发展，有力的推动了生产力的发展和社会信息化程度的提高，电子行业也经历着日新月异的变化。
90年代后期，出现了以高级语言描述、系统级仿真和综合技术为特征的第三代EDA工具，极大地提高了系统设计的效率，使广大的电子设计师开始实现“概念驱动工程”的梦想。
设计师们摆脱了大量的具体设计工作，而把精力集中于创造性的方案与概念构思上，从而极大地提高了设计效率，缩短了产品的研制周期。
现场可编程逻辑门阵列FPGA，与PAL、GAL器件相比，他的优点是可以实时地对外加或内置得RAM或EPROM编程，实施地改变迄今功能，实现现场可编程(基于EPROM型)或在线重配置（基于RAM型）。
是科学试验、演技研制、小批量产品生产的最佳选择其间。
自上世纪70年代单片机问世以来，它以其体积小、控制功能齐全、价格低廉等特点赢得了广泛的好评与应用。
由单片机构成的应用系统有有体积小、功耗低控制功能强的特点，它用利于产品的小型化、多功能化和智能化，还有助与提高仪表的精度和准确度，简化结构、减小体积与重量，便于携带与使用，降低成本，增强抗干扰能力，便于增加显示、报警和诊断功能。
因而许多现代仪器仪表都用到了单片机。
1.2 选题目的及其意义信号发生器它最原始的功能是能够产生多种波形，比如说它可以产生方波、三角波、正弦波、锯齿波等等。
但随着科技的发展，它的功能也得到了增强，成为最普通、最基本的，也是应用最广泛的电子仪器之一，几乎所有的电参量的测量都需要用到多功能信号发生器。
不论是在生产还是在科研与教学上，多功能信号源发生器都是电子工程师信号仿真实验的最佳工具。
它除此之外还有许多的用途，它已经被广泛地应用于工业、教学、医学，科学研究等领域。
目前大部分信号发生器的设计是以微控制器为核心进行的，它与纯硬件设计的信号发生器相比，具有高精度、高可靠性、操作方便、价格便宜、智能化等特点，是智能化仪器的一个发展方向，具有一定的实用价值。
【最新版】基于FPGA的DDS信号发生器的研究本科毕业设计
毕业论文基于FPGA的DDS信号发生器的研究第1章绪论1.1 课题背景频率检测是电子测量领域的最基本也是最重要的测量之一，频率信号抗干扰强，易于传输，可以获得较高的测量精度，所以频率方法的研究越来越受到重视[1]。
在频率合成领域中,直接数字合成(Direct Digital Synthesizer，简称：DDS)是近年来新的技术, 它从相位的角度出发直接合成所需波形。
它是由美国人J.Tierncy首先提出来的,是一种以数字信号处理理论为基础,从相位概念出发直接合成所需波形的一种新的全数字技术的频率合成方法[2]。
其主要优点有：频率改变速度快、频率分辨率高、输出相位连续、可编程、全数字化便于集成等，目前使用最广泛的一种DDS频率合成方式是利用高速存储器将正弦波的M个样品存在其中，然后以查找的方式按均匀的速率把这些样品输入到高速数模转换器，变成所设定频率的正弦波信号[3]。
近30年来，随着超大规模集成、现场可编程门阵列(Field Programmable Gate Array，简称：FPGA)、复杂可编程器件(Complex programmable Logic Device，简称：CPLD)等技术的出现以及对DDS 理论上的进一步探讨，使得DDS技术得到了飞速的发展。
它已广泛应用于通讯、雷达、遥控测试、电子对抗、以及现代化的仪器仪表工业等许多领域。
DDS的数字部分，即相位累加器和查表，被称为数控振荡器（NCO）[4]。
波形发生器即通常所说的信号发生器是一种常用的信号源，和示波器、电压表、频率计等仪器一样是最普遍、最基本也是应用最广泛的的电子仪器之一，几乎所有电参量的测量都要用到波形发生器。
不论是在生产还是在科研与教学上，波形发生器都是电子工程师信号仿真试验的最佳工具。
随着现代电子技术的飞速发展，现代电子测量工作对波形发生器的性能提出了更高的要求，不仅要求能产生正弦波、方波等标准波形，还能根据需要产生任意波形，且操作方便，输出波形质量好，输出频率范围宽，输出频率稳定度、准确度及分辨率高，频率转换速度快且频率转换时输出波形相位连续等。
基于FPGA的DDS信号发生器设计_图文.
课程设计任务书2012～2013学年第1学期一、课程设计题目：基于FPGA 的DDS 信号发生器设计二、课程设计内容（含技术指标）①利用DDS 技术产生稳定的正弦波、方波和三角波，输出频率为1Hz~200KHz，且频率可调，步进为1Hz 、100Hz 、1KHz 和10KHz ，峰值为0~5V；②显示电路用来显示输出信号的参数；③ 4×4键盘用来设定频率、步进、清零、确认等功能；④用Verilog HDL进行建模和模拟仿真，再利用FPGA 进行实现。
三、进度安排四、基本要求1. 基本功能：利用DDS 技术产生稳定的正弦波、方波和三角波，用数码管显示频率。
2. 扩展功能：能产生ASK 、FSK 和PSK 等调制信号，输出用12864液晶显示信号的波形、频率和幅度。
3．写出设计报告：不少于5000字，统一复印封面并用Ａ4纸写出报告。
1封面、课程设计任务书○2摘要，关键词（中英文）○3方案选择，方案论证○4系统功能及原理。
（系统组成框图、电路原理图）○5各模块的功能，原理，器件选择○6结果分析○7设计小结○8附录---参考文献○2012年9 月1日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。
本次设计的是多功能信号发生器，它能够产生方波，三角波，锯齿波和正弦波四种基本波形。
结合DDS 技术，通过对FPGA 的编程实现产生多种波，本电路是通过键盘扫描判断，进入相应的功能程序，然后实现频率调节，波形转换，幅度控制的。
本次设计中我负责的是波形输出模块，通过调节要输出方波，三角波，锯齿波和正弦波四种基本波形。
关键字：波形发生器，直接数字频率合成器，现场可编程门阵列ABSTRACTWaveform generator has become one of the most popular instruments in a modern testing field, representing the development direction of waveform generator.With the development of science and technology , the waveform generator for various aspects of increasingly high demand.In recent years, direct digital frequency synthesizer ( DDS since it has high frequency resolution, frequency conversion speed, phase can be changed continuously wait for a characteristic, in a digital communication system has been widely used and become the leader in the modern synthesis technology.This design is a multifunctional signal generator, which can produce square wave, triangle wave, sawtooth wave and sine wave four basic waveforms. Combined with the technology of DDS, through the FPGA programming to generate multiple waves, this circuit is through the keyboard scan, the entry corresponding to the function of the procedure, and then realizing frequency modulation, a waveform conversion, amplitude control.Keywords ：Waveform generator，DDS ，FPGA1. 方案选择与方案论证数据输入：方案一：4x4矩阵键盘优点：由8个I\O口检测16个按键，可以大大节省I\O口资源。
基于FPGA的DDS信号发生器设计
基于FPGA 的DDS信号发生器设计摘要信号源作为一种基本电子设备，广泛应用于航空航天测控、通信系统、电子对抗、电子测量、科研等各个领域中。
直接数字频率合成技术（DDS）作为一种新的频率合成技术，在数字通信系统中被广泛采用，具有较高的频率分辨率，可以实现频率快速切换，并且在频率改变时能保持相位的连续，很容易实现频率、相位和幅度的数字调制。
可编程逻辑器件具有器件规模大、工作速度快及可编程的硬件特点，非常适合用来实现DDS。
本文介绍DDS的基本原理，在理解DDS原理的基础上，利用现代DSP技术设计基本方法，采用Altera公司的FPGA开发工具DSP Builder对基本DDS建模并进行算法仿真，用ModelSim进行功能仿真及Quartus II作时序仿真，设计频率、相位及幅度均可数控调制的DDS信号，并由该DDS模块实现数字移相信号发生器。
在硬件实现中，选取Altera公司的FPGA芯片EP1C3T144C8作为核心器件，配以必要的外围控制电路和数模转换电路，来实现基本DDS信号和数字移相信号。
基于FPGA芯片的相移合成信号源的设计与实现，该信号源的主要功能是实现输出信号相位的移动。
并采用直接数字频率合成技术来完成该信号源设计的整体思路。
关键词现场可编程门阵列，直接数字合成器，信号源，DDS信号，数字移相信号ABSTRACTAs basic electronic equipment, signal source is widely used in the domains of measurement and control of aeronautics and astronautics, communication system, electronic countermeasure, electronic measurement and scientific research etc.Direct Digital Frequency Synthesis (DDS) adopts a new technique of frequency synthesis, which is widely applied in digital communication system, which has high frequency resolution which may realize the frequency fast cut, maintain the phase continual and be very easily to realize digital modulation of frequency, phase and amplitude. The programmable logical device has big scale, quick working speed and is programmable which is extremely suitably used to realize DDS.This thesis introduced DDS’s principle, used the basic method of modern DSP technique design based on understanding the basic theory of DDS. The basic DDS is designed and arithmetic simulated based on DSP Builder of FPGA of Corporation Altera. It is functionality simulated with ModelSim and time-series simulated with QuartusII. Design DDS signal generator whose frequency, phase and amplitude may digital control modulation, and the Digital Phase Shift Signal Generator (DPSSG) is implemented using the DDS module.In implement hardware part, the EP1C3T144C8 of Corporation Altera is chosen as the main chip. Distributing necessary the realization of peripheral circuits and the DAC circuits, it is will implement the basic DDS signal and the DPSSG.The design and realization of signal source with phase shift and synthesizing based on FPGA. The main function of the signal source is to realize the phase shift of output waveform. And thesis gives the whole scheme of completing the design of the signal source by using DDS.Keywords Field Programmable Gate Array, Direct Digital Frequency Synthesis, signal source, DDS signal, Digital Phase Shift Generator目录摘要 (I)ABSTRACT (II)1 绪论 (1)1.1 信号源概述 (1)1.2 本文研究意义及主要内容 (2)1.3 论文内容工作安排 (3)2 直接数字频率合成的基本理论 (4)2.1频率合成技术综述 (4)2.2 直接数字频率的原理及特点 (5)2.2.1 DDS的结构原理 (5)2.2.2 DDS特点 (8)2.2.3 DDS的杂散分析和抑制方法 (8)3 EDA技术与FPGA基础 (12)3.1 EDA技术 (12)3.2 FPGA结构与设计 (13)3.2.1基本结构 (13)3.2.2基于EDA工具的设计流程 (13)3.3常用EDA工具 (15)3.3.1 各类EDA工具 (15)3.3.2 Quartus II软件简介 (15)4 现代DSP技术基础 (18)4.1 DSP概述 (18)4.2 DSP实现方案及设计流程 (19)4.2.1基于FPGA的DSP设计流程 (19)4.2.2 DSP Builder及其设计流程 (20)5 数字移相信号发生器的实现 (23)5.1 DDS建模设计与仿真分析 (23)5.2数字移相信号发生器的研究意义及现状 (25)5.3移相技术的分析与实现 (26)5.4数字移相信号发生器建模设计与仿真结果分析 (26)6 硬件实现 (30)6.1 FPGA芯片在系统中的应用 (30)6.2 系统硬件结构图 (30)6.3 选用的FPGA 芯片简介 (31)6.4 硬件电路 (32)7 结论 (35)参考文献 (36)附录A：SOPC/DSP/EDA实验开发系统主板图 (37)致谢 (38)1 绪论1.1 信号源概述从宏观上测量仪器可分为两大类，即激励和检测。
基于FPGA的DDS信号发生器的设计(DOC)
中文摘要 (2)English Abstract (3)1 引言 (4)2 DDS&FPGA简介与原理 (6)2.1 DDS基本原理 (6)2.2 DDS芯片的主要组成部分 (6)2.2.1 频率预制与调节电路 (6)2.2.2 累加器 (7)2.2.3 控制相位加法器 (7)2.2.4 控制波形加法器 (7)2.2.5 波形存储器 (7)2.2.6 D/A转换器 (8)2.2.7 低通滤波器 (8)2.3 DDS的主要特点 (8)2.4 FPGA介绍 (10)3 设计软件与语言 (12)3.1 涉及到的软件及设计语言 (12)3.2 QuartursⅡ简介 (12)3.3 Matlab简介 (12)3.4 VHDL简介 (14)4 课题的设计与仿真 (16)4.1 设计方案的选择 (16)4.2 课题的设计与仿真 (20)4.2.1 各部件的设计及仿真 (20)4.2.2顶层部件的设计 (27)4.3 仿真结果分析 (29)5 毕业设计小节 (31)谢辞 (31)参考文献 (32)中文摘要摘要：信号源作为现代电子产品中的重要一员，必须满足高精度、高速度、高分辨率等要求。
正是基于这几点，本文研究了基于DDS技术的智能信号源。
采用DDS方案有很多突出的优点：高频率分辨率；高频率切换速度；切换时相位能保持连续；超宽的频率范围；能实现各种调制波和任意波形的产生；易于实现全数字化的设计。
本文主要研究以DDS方式实现基于FPGA的信号发生器，操作界面友好，可产生普通波形（正弦波、方波等）、各种调制波、脉冲串，以及多次谐波的叠加，可产生两路相互独立的不同波形，或产生两路有一定相位差的同种波形，且信号源产生的波形各项指标都比较高，优于其他传统方式实现的信号源。
由于此种信号源是基于FPGA，所以可以在不修改硬件结构的情况下，实现信号源功能的扩充，从而节省了成本。
关键字：直接数字频率合成；DDS;FPGA;线性调频;信号发生器；English AbstractAbstract：The signal source have to satisfy high accuracy, high speed & high resolution etc as one important member in the modernelectronics product. according to this, this discourse studieda intelligence signal source based on the DDS. The projectAdopting the DDS has a lot of outstanding advantages: Highfrequency resolution; high frequency switching speed; phase cankeep consecution on switching; Extraordinary wide frequencyscope; It Can carry out various random wave; Be easy to carryout the completely digital design. This discourse mainlystudies the signal occurrence device with the DDS realizationand based on the FPGA, the operation interface amity, can carryout common wave (sine wave、square wave...etc.)、various makingwave、the pulse string, and wave added multi-ply harmonic, Itcan carry out two independent different wave, or two wavecontain a phase gap, and the various wave index is all higherthan the signal source achieved other traditional ways .Becausethis kind signal source is based on FPGA, so we can achievethe signal source function to expand under the situation thatwe don’t modify the hardware structure.Thus we saved cost. Keywords: Direct Digital Synthesizer；DDS；FPGA; linearity Frequency Modulation; signal occurrence device .1 引言直接数字频率合成技术（Direct-Digital Synthesis）, 简称DDS 是九十年代迅速发展起来的一种有广泛应用前景的频率综合技术它可用于雷达通讯电子侦察和对抗以及高性能测量仪器等各个方面。
基于FPGA的DDS信号发生器设计
基于FPGA的DDS信号发生器设计曹郑蛟;滕召胜;李华忠;张倩;温和【摘要】A flexible online signal generator of direct digital synthesizer was designed. Firstly signal data with different frequency and waveform was produced via FPGA, then D/A conversion was carried out by LTC1821, finally signal output was gained after selective filter and power amplifier. The outputs with amplitude 0-10V and frequency 1Hz-100KHz were supplied, including triangle, rectangle, sine and sawtooth waveform. Its accuracy and efficiency have been confirmed in usage.%设计了一种可灵活在线调节的直接数字频率合成信号发生器,首先利用现场可编程门阵列生成各种频率、波形的信号数据,再采用LTC1821实现D/A转换,最后通过选择性滤波和功率放大电路实现信号输出,幅值范围0～10V,频率范围1Hz～100kHz,波形可设为三角波、矩形波、正弦波、锯齿波；实际测试验证了信号发生器的准确性和有效性.【期刊名称】《计算机测量与控制》【年(卷),期】2011(019)012【总页数】4页(P3175-3177,3186)【关键词】直接数字频率合成;FPGA;信号发生器【作者】曹郑蛟;滕召胜;李华忠;张倩;温和【作者单位】湖南大学电气与信息工程学院,湖南长沙410082;湖南大学电气与信息工程学院,湖南长沙410082;中国疾病预防控制中心,北京100027;中国疾病预防控制中心,北京100027;湖南大学电气与信息工程学院,湖南长沙410082【正文语种】中文【中图分类】TP2120 引言信号发生器是电子技术领域用以产生和模拟测试信号的常用设备，可用作常规信号源，也可用来测试和校准其他电子仪器的线性、稳定性等［1－2］。
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课程设计任务书2012～2013学年第1学期一、课程设计题目：基于FPGA的DDS信号发生器设计二、课程设计内容（含技术指标）①利用DDS技术产生稳定的正弦波、方波和三角波，输出频率为1Hz~200KHz，且频率可调，步进为1Hz、100Hz、1KHz和10KHz，峰值为0~5V；②显示电路用来显示输出信号的参数；③4×4键盘用来设定频率、步进、清零、确认等功能；④用Verilog HDL进行建模和模拟仿真，再利用FPGA进行实现。
三、进度安排四、基本要求1.基本功能：利用DDS技术产生稳定的正弦波、方波和三角波，用数码管显示频率。
2.扩展功能：能产生ASK、FSK和PSK等调制信号，输出用12864液晶显示信号的波形、频率和幅度。
3．写出设计报告：不少于5000字，统一复印封面并用Ａ4纸写出报告。
○1封面、课程设计任务书○2摘要，关键词（中英文）○3方案选择，方案论证○4系统功能及原理。
（系统组成框图、电路原理图）○5各模块的功能，原理，器件选择○6结果分析○7设计小结○8附录---参考文献2012年9 月1日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。
本次设计的是多功能信号发生器，它能够产生方波，三角波，锯齿波和正弦波四种基本波形。
结合DDS技术，通过对FPGA的编程实现产生多种波，本电路是通过键盘扫描判断，进入相应的功能程序，然后实现频率调节，波形转换，幅度控制的。
本次设计中我负责的是波形输出模块，通过调节要输出方波，三角波，锯齿波和正弦波四种基本波形。
关键字：波形发生器，直接数字频率合成器，现场可编程门阵列ABSTRACTWaveform generator has become one of the most popular instruments in a modern testing field, representing the development direction of waveform generator.With the development of science and technology, the waveform generator for various aspects of increasingly high demand.In recent years, direct digital frequency synthesizer ( DDS ) since it has high frequency resolution, frequency conversion speed, phase can be changed continuously wait for a characteristic, in a digital communication system has been widely used and become the leader in the modern synthesis technology.This design is a multifunctional signal generator, which can produce square wave, triangle wave, sawtooth wave and sine wave four basic waveforms. Combined with the technology of DDS, through the FPGA programming to generate multiplewaves, this circuit is through the keyboard scan, the entry corresponding to the function of the procedure, and then realizing frequency modulation, a waveform conversion, amplitude control.Keywords：Waveform generator，DDS，FPGA1.方案选择与方案论证数据输入：方案一：4x4矩阵键盘优点：由8个I\O口检测16个按键，可以大大节省I\O口资源。
缺点：控制时序较复杂，增加编程和调试的难度。
方案二：独立按键优点：控制时序较简单，较易于编程与调试。
缺点：比较浪费I\O口资源。
方案三：拨码开关优点：控制时序简单，易于编程和调试。
缺点：比较浪费I\O口资源。
通过比较各种因素，我选择方案一，波形输出：方案一：存储波形数据的ROM/RAM + DAC0832优点：1.可以显示复杂波形2.可以有效控制输出波形的频率，幅度及相位3.节省FPGA内部的逻辑资源4.可以简单的切换波形5.使波形输出方式单一化，降低了编程难度缺点：要消耗一定的ROM/RAM资源方案二：存储波形数据的ROM/RAM + 分频器输出矩形波+ DAC0832优点：1.可以显示复杂波形2.可以有效控制输出波形的频率，幅度及相位3.节省FPGA内部的逻辑资源4.可以较简单的切换波形缺点：矩形波的频率，幅度和相位的调节需要另设相位累加电路，消耗一定的逻辑资源方案三：case语句+ 分频器输出矩形波+ DAC0832优点：在数据传输的反应速度上，在所需速度很快时占优势缺点：1.大量浪费FPGA内部的逻辑资源2.波形数据较大时，会给代码的调试和维护带来不便。
方案四：存储波形数据的ROM/RAM + 分频器输出矩形波+ 计数器输出锯齿波和三角波+ DAC0832优点：1.可以显示复杂波形2.可以有效控制输出波形的频率，幅度及相位缺点：每种波形都需要另设相位累加电路来控制其频率，相位和幅度，消耗较多的逻辑资源方案五：case语句+ 分频器输出矩形波+ 计数器输出锯齿波和三角波+ DAC0832。
优点：在数据传输的反应速度上，在所需速度很快时占优势。
缺点：1.大量浪费FPGA内部的逻辑资源。
2.波形数据较大时，会给代码的调试和维护带来不便。
为了减小设计周期，减小编程难度，便于后期的调试工作，而且能方便的对幅度和频率进行调节，我选择方案一。
综上几种方案，我们组采用了数据输入的方案一，4x4矩阵键盘，由8个I\O口检测16个按键，可以大大节省I\O口资源。
波形输出的方案二，存储波形数据的ROM/RAM + 分频器输出矩形波+ DAC0832 可以显示复杂波形，有效控制输出波形的频率，幅度及相位，容易达到我们需要的效果，可以较简单的切换波形，而且节省了FPGA内部的逻辑资源。
2.系统功能与原理2.1 DDS的基本原理DDS技术是一种把一系列数字量形式的信号通过DAC转换成模拟量形式的信号的合成技术，它是将输出波形的一个完整的周期、幅度值都顺序地存放在波形存储器中，通过控制相位增量产生频率、相位可控制的波形。
DDS电路一般包括基准时钟、相位增量寄存器、相位累加器、波形存储器、D/A转换器和低通滤波器（LPF）等模块，如图1.1所示。
相位增量寄存器寄存频率控制数据，相位累加器完成相位累加的功能，波形存储器存储波形数据的单周期幅值数据，D/A转换器将数字量形式的波形幅值数据转化为所要求合成频率的模拟量形式信号，低通滤波器滤除谐波分量。
整个系统在统一的时钟下工作，从而保证所合成信号的精确。
每来一个时钟脉冲，相位增量寄存器频率控制数据与累加寄存器的累加相位数据相加，把相加后的结果送至累加寄存器的数据输出端。
这样，相位累加器在参考时钟的作用下，进行线性相位累加，当相位累加器累加满量时就会产生一次溢出，完成一个周期性的动作，这个周期就是DDS合成信号的一个频率周期，累加器的溢出频率就是DDS输出的信号频率。
相位累加器输出的数据的高位地址作为波形存储器的地址，从而进行相位到幅值的转换，即可在给定的时间上确定输出的波形幅值。
波形输出图1 DDS原理图波形存储器产生的所需波形的幅值的数字数据通过D/A转换器转换成模拟信号，经过低通滤波器滤除不需要的分量以便输出频谱纯净的所需信号。
信号发生器的输出频率fo可表示为：N s f M f M f 2..0=∆= ( 1.1)式中s f 为系统时钟，f ∆为系统分辨率，N 为相位累加器位数，M 为相位累加器的增量。
参数确定及误差分析.2.2 参数确定首先确定系统的分辨率f ∆，最高频率max f ，及最高频率max f 下的最少采样点数m in N 根据需要产生的最高频率max f 以及该频率下的最少采样点数m in N ，由公式min max .N f f s ≥ (1.2)确定系统时钟s f 的下限值。
同时又要满足分辨率计算公式f f Ns ∆=2 (1.3)综合考虑决定s f 的值。
选定了s f 的值后，则由公式(1.3)可 得N 2＝f f s ∆,据此可确定相位累加器位数N 。
然后由最高输出频率M f f o ⋅∆= (1.4)推出M ＝S2，得出相位增量寄存器为S 位。
确定波形存储器的地址位数W ，本系统中决定寄存Z 2个数据值，因此RAM 地址为Z 位。
一般选用FPGA/CPLD 器件作为DDS 的实现器件，对于D/A 转换器的选择，首先要考虑到D/A 转换器的转换速率。
要实现所需的频率，D/A 的转换速度要大于min max .N f ，然后根据D/A 转换器字长所带来的误差，决定D/A 的位数。
由此选择D/A 转换器的型号。
3.硬件电路设计3.1 分频器、信号发生器产生、控制和显示的总体结构图如图所示图2外部输入一个50MHZ范围内，由4选1数据选择器实现对输出波形的选择，再通过D/A转换模块，将数字信号转换成模拟信号在示波器上显示出来。
3.2 总体原理图基于VHDL语言设计一个简易多功能信号发生器，通过选入输入信号，可以输出正弦波、三角波、方波和锯齿波四种波形信号。
信号发生器的控制模块可以用数据选择器实现，四种信号的信号选择可以用4选1数据选择器实现。
同时本设计使用原理图的方法，对正弦波、三角波、方波和锯齿波和4选1数据选择器元件进行调用。
简易多功能信号发生器的原理图如下：图3 总体原理图3.3 DDS的FPGA实现相位累加器与相位寄存器的设计相位累加器与相位寄存器主要完成累加，实现输出波形频率可调功能。
利用Quartus II可编程逻辑器件系统开发工具进行设计。
首先，打开Quartus II软件，新建一个工程管理文件，然后在此工程管理文件中新建一个Verilog HDL源程序文件，并用硬件描述语言Verilog HDL编写程序实现其功能。