基于FPGA的DDS设计与实现
基于fpga的dds正弦信号发生器的设计和实现
基于FPGA的DDS正弦信号发生器的设计和实现引言在电子领域中，正弦信号是一种重要的基础信号，被广泛应用于通信、音频、视频等各个领域。
而DDS（Direct Digital Synthesis）直接数字合成技术则是一种通过数字方式生成高精度、高稳定性的正弦波信号的方法。
本文将详细介绍基于FPGA的DDS正弦信号发生器的设计和实现。
设计目标本次设计旨在实现一个可配置频率范围广泛且精度高的DDS正弦信号发生器。
具体设计目标如下： 1. 实现频率范围可调节，覆盖从几Hz到数十MHz； 2. 提供高精度的频率控制，满足特定应用场景对频率稳定性和相位精度的要求； 3. 支持模数转换器（DAC）输出，并能够通过外部接口控制输出幅值； 4. 使用FPGA作为主要硬件平台，以满足高速计算和灵活配置需求。
系统架构基于FPGA的DDS正弦信号发生器主要由以下几个部分组成： 1. 数字控制模块（Digital Control Module）：负责接收外部输入的频率、相位和幅值等参数，并将其转换为对DDS核心模块的控制信号； 2. DDS核心模块（DDS Core Module）：根据接收到的控制信号，通过数学运算生成正弦波形的离散采样值； 3. 数字模拟转换模块（Digital-to-Analog Converter, DAC）：将DDS核心模块输出的数字采样值转换为模拟电压信号； 4. 输出放大器（Amplifier）：用于放大DAC输出的电压信号，并通过外部接口提供可调节幅值的正弦波输出。
DDS核心模块设计DDS核心模块是整个系统中最关键的部分，它负责根据输入参数生成正弦波的离散采样值。
下面是DDS核心模块设计中需要考虑的几个关键要素：相位累加器相位累加器是DDS核心模块中最基础且重要的组件之一。
它根据输入的频率和时钟信号，在每个时钟周期内累加相位增量，从而实现相位连续变化。
相位累加器可以使用一个定点数或浮点数寄存器来表示，并通过固定步长进行相位递增。
基于dds技术的模拟频率调制电路设计及fpga实现
基于dds技术的模拟频率调制电路设计及fpga实现DDS技术是一种数字信号处理技术，它可以实现高精度、高速度的频率合成和调制。
基于DDS技术的模拟频率调制电路设计及FPGA实现，可以实现高精度、高速度的模拟信号调制，具有广泛的应用前景。
一、基于DDS技术的模拟频率调制电路设计1. DDS技术原理DDS技术是一种数字信号处理技术，它通过数字信号处理器（DSP）或FPGA实现对数字信号的频率合成和调制。
DDS技术的核心是相位累加器和数字控制振荡器（NCO），相位累加器用于累加相位，NCO 用于产生数字信号。
DDS技术的优点是可以实现高精度、高速度的频率合成和调制，同时可以实现频率和相位的任意调制。
2. 模拟频率调制电路设计基于DDS技术的模拟频率调制电路设计，需要实现以下几个模块：（1）数字控制振荡器（NCO）模块：用于产生数字信号，可以通过改变NCO的频率和相位实现数字信号的频率和相位调制。
（2）数字信号处理器（DSP）模块：用于对输入信号进行数字信号处理，包括滤波、采样、量化等。
（3）模拟信号输出模块：用于将数字信号转换为模拟信号输出。
3. 模拟频率调制电路设计流程（1）确定调制信号的频率范围和精度要求。
（2）设计数字控制振荡器（NCO）模块，确定NCO的频率和相位控制方式。
（3）设计数字信号处理器（DSP）模块，包括滤波、采样、量化等。
（4）设计模拟信号输出模块，将数字信号转换为模拟信号输出。
（5）进行电路仿真和调试，优化电路性能。
二、基于DDS技术的模拟频率调制电路FPGA实现1. FPGA技术原理FPGA是一种可编程逻辑器件，可以实现数字电路的设计和实现。
FPGA的核心是可编程逻辑单元（PLU）和可编程互连网络（PCN），PLU用于实现逻辑功能，PCN用于实现逻辑单元之间的连接。
2. 模拟频率调制电路FPGA实现基于DDS技术的模拟频率调制电路FPGA实现，需要实现以下几个模块：（1）数字控制振荡器（NCO）模块：用于产生数字信号，可以通过FPGA实现NCO的频率和相位控制。
基于FPGA与DDS的信号源设计与实现.
基于FPGA与DDS的信号源设计与实现基于FPGA与DDS的信号源设计与实现类别：电子综合目前，大多通信设备都是针对某一种或少量几种固定的通信体制、信号调制样式以及信号特征参数，例如GSM移动通信信号只有GMSK一种调制样式，其调制速率为22.8 Kbit/s，因此这类通信设备中的数字信号激励器或数字波形形成电路大多采用专用集成芯片实现。
而本文设计了一个通用的数字信号激励器，以产生所需要的各种信号调制模式的信号波形，且对每一种调制样式信号的各种特征参数能够灵活控制。
1 数学模型为了保证高性能以及灵活性，现代通信对抗干扰设备通常采用FPGA+DAC的工作模式,在一些快速复杂的应用环境下，则可采用高性能的FPGA和DSP协同工作，作为数字干扰激励器的核心，同时为保证对跳频信号或其他快速通信信号的有效干扰，频综模块通常采用DDS的频率快速合成模式。
其干扰信号产生原理可以由式(1)表示：在FPGA 中利用数字方式合成数字激励源，通过一定形式的低通滤波器或脉冲成型滤波器即可得到数字基带信号sI (n)、sQ(n)。
数字基带信号sI (n)、sQ(n)通过DAC变换为模拟基带信号sI (t)、sQ(t)，再通过上变频模块即可实现干扰信号的上变频调制。
在FPGA 中，cos(ωn)、sin(ωn)可由查找表(LUT) 的方式生成，即DDS 频率合成方式。
在现代FPGA 开发中，通常会提供一些较成熟的IP 核，因此也可以直接调用IP 核来实现在FPGA 中正弦信号的产生，其原理也是通过查找表的方式生成。
在产生正弦信号时，查找表即为一个ROM 块，通常其中存储了一个周期的正弦信号，通过对读取地址按一定步进循环取值即可产生相应的正弦信号。
查找表的存储深度和FPGA 的工作时钟决定了可以产生的正弦信号频率范围。
(1) 单音信号单音信号可以按式(2) 产生：s(t)=cos(ωt)cos(ωct)+sin(ωt)sin(ωct)=cos((ω+ωc)t) (2) 其中，sI (t)=cos(ωt)、sQ(t)=sin(ωt) 分别为I 、Q 路基带模拟信号，当ω=0 时，I 、Q 路基带模拟信号退化为直流，此时, 干扰信号即为信号载波。
基于fpga的dds正弦信号发生器的设计和实现
基于fpga的dds正弦信号发生器的设计和实现
基于FPGA的DDS正弦信号发生器可以使用数字信号处理技术实现。
下面是一个基本的设计和实现步骤：
1. 确定系统需求：首先，确定所需的输出信号频率范围、分辨率和采样率等系统参数。
这些参数可以根据实际应用来确定。
2. 设计正弦表：根据系统需求，设计一个包含所需频率范围内所有可能的正弦波的正弦表。
可以使用固定小数点表示法来表示正弦表中的采样值。
3. 设计相位累加器：使用一个32位计数器作为相位累加器，其计数速度由所需的输出信号频率和FPGA时钟频率决定。
每个时钟周期，计数器值自动增加到下一个相位值。
4. 选择相位值：使用相位累加器的值在正弦表中查找对应的相位值，并将其作为输出信号的采样值。
5. 数字输出：将采样值经过DAC（数字模拟转换器）转换为模拟信号，并将其输出。
6. 配置FPGA：将设计好的数字电路加载到FPGA芯片中，并配置FPGA内部的寄存器、时钟和IO管脚等。
7. 测试和调试：对设计好的系统进行测试和调试，确保输出信号的频率、精确度和稳定性符合要求。
这是一个基本的设计和实现步骤，具体的实现方法和细节可能因FPGA型号、工具和应用需求而异。
在实际应用中，还可以加入滤波器、幅度控制、相位调制等功能以满足更多需求。
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。
基于FPGA的两种DDS实现
基于FPGA的两种DDS实现直接数字频率合成（Direct Digital Synthesis，DDS）是一种基于数字信号处理的频率合成方法，通过将一个连续的幅度和相位可调的数字信号与一个时钟信号相乘，可以产生高精度的频率信号。
在FPGA（Field Programmable Gate Array）中，DDS可以通过数字逻辑实现。
本文将介绍两种基于FPGA的DDS实现方法。
LUT是FPGA中常用的存储组件，可以用于存储预先生成的数字信号样本。
基于LUT的DDS实现方法是将一个固定的正弦波样本表存储在LUT 中，然后通过改变LUT的读指针位置来产生不同频率的正弦波信号。
具体实现步骤如下：1)根据需要生成的信号频率，计算出每一个时钟周期对应的读指针步进量，即相位步进量。
2)初始化读指针位置为0，以时钟信号为基准，每一个时钟周期将读指针位置加上相位步进量。
3)将读指针位置作为索引，从LUT中读取相应的正弦波样本值。
4)将读取到的正弦波样本值输出为DDS的输出信号。
基于LUT的DDS实现有以下优点：-简单易于实现，适合低频率应用。
-输出信号的频率可精确控制，具有较高的频率精度。
-可以通过修改LUT中的正弦波表，实现不同幅度和相位的输出信号。
另一种常见的DDS实现方法是基于相位累加器。
相位累加器是一个用于存储和计算相位信息的寄存器，通过不断累加相位步进量来产生不同频率的输出信号。
具体实现步骤如下：1)根据需要生成的信号频率，计算出每一个时钟周期对应的相位步进量。
2)初始化相位累加器为0，在每一个时钟周期将相位步进量加到累加器中。
3)将相位累加器的高位作为正弦波LUT的读指针，将读取到的正弦波样本值输出为DDS的输出信号。
基于相位累加器的DDS实现有以下优点：-输出信号的频率可精确控制，具有较高的频率精度。
-可以通过修改相位步进量，实现不同频率的输出信号。
-相位累加器可以很容易地实现相位调制和频率调制等功能，具有较高的灵活性。
基于FPGA的DDS的设计和实现[1]
![基于FPGA的DDS的设计和实现[1]](https://img.taocdn.com/s3/m/b785b53387c24028915fc30f.png)
９４相位寄存器的输出与相位控制字相加，结果作为正弦查找表的地址。
查找表由ＲＯＭ构成，其内部存有一个完整周期正弦波的数字幅度信息，每个查找表的地址对应正弦波中的一个相位点。
查找表把输入地址信息映射成正弦波幅度信号，同时输出到Ｄ／Ａ转换器的输入端，通过Ｄ／Ａ可将数字量形式的波形幅值转换成所要求的合成频率模拟量形式信号。
低通滤波器用于衰减和滤除不需要的取样分量，以便输出频谱纯净的正弦波信号。
２基于ＦＰＧＡ 的ＤＤＳ 设计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。
由于该器件具有工作速度快，集成度高和现场可编程等优点，因而在数字信号处理中得到了广泛应用。
本设计采用的器件是Ａｌｔｅｒａ公司的ＦＬＥＸ ＥＰＦ１０Ｋ４０。
它的典型门数为４００００门，逻辑单元有２３０４个，逻辑阵列块有２００个，嵌入系统块有８个，因此，可完全符合使用单片来实现ＤＤＳ电路的基本要求。
选用的设计工具为Ａｌｔｅｒａ公司的设计工具ＭＡＸ＋ｐｌｕｓⅡ。
ＦＬＥＸ１０Ｋ是工业界第一个嵌入式可编程逻辑器件，采用可重构的ＣＭＯＳ ＳＲＡＭ工艺，把连续的快速通道互连与独特的嵌入式阵列结构相结合，同时也结合了众多可编程器件的优点来完成普通门阵列的宏功能，它具有以下特点：（１）高密度：１￣２５万个可用门。
高达４０９６０位内部ＲＡＭ（每个ＥＡＢ有２０４８位），所有这些都可在不减少逻辑能力的情况下使用。
（２）系统级特点：支持多电压接口；低功耗（维持状态小于０．５ｍＡ） ；遵守ＰＣＩ总线规定；内带ＪＴＡＧ边界扫描测试电路。
（３）灵活的内部连接：快速、可预测连线延时的快速通道连续式布线结构；实现快速加法器、计数器和比较器的专用进位链；实现高速、多输入逻辑函数的专用级联链；实现内部三态总线的三态模拟；多达六个全局时钟信号和四个全局清除信号。
在使用ＦＰＧＡ设计ＤＤＳ电路时，相位累加器是决定ＤＤＳ性能的一个关键部分。
本设计中定义累加器位数为１０，如果使用传统的加法器设计结构，速度有可能达不到设计要求，不适应在实际情况中使系统工作在尽可能高的频率上。
基于FPGA的并行DDS信号发生器的设计与实现
频率控制 字 Fcw
系统时钟 Fclk
N
N 位相位 累加器
M 波形储 D
器 ROM
DAC
低通滤 波器
LPF
图 1 DDS 基本结构
收稿日期：2010-08-10；修订日期：2010-10-08。 作者简介：邓岳平 (1984－)，男，浙江建德人，硕士研究生，研究方向为嵌入式应用技术； 肖铁军 (1963－)，男，江苏徐州人，教授，硕士生 导师，研究方向为嵌入式计算及系统、可重构计算、远程实验。E-mail：dengyueping@
Abstract：Aimed at the bottleneck problem of the speed of DDS caused by accumulate rate of phase accumulator and ROM’s reading access speed, the structure of DDS circuit is improved by using the method of combining multi-channel parallel with pipeline, which effectively extends the bandwidth of DDS. Signal generator based on dual DDS structure is designed in an FPGA, through digital method different standard waves and its modulation signals are implemented in double channels. This design scheme has simple structure, and is easy to control. The experimental results show that the signal generator can produce stable, high bandwidth, high speed and high precision signal waves. Key words：signal generator; FPGA; dual DDS; multi-channel parallel; pipeline; modulation
基于FPGA的DDS直接数字频率合成器设计与实现
图 ５
期只采样 ２点，难 以保证输出精度 。为了保证输 出精度 ，规 定最低每 周期采样 ８ 点，此时 Ｋ ２／ ＝ ２ ，则 ：ｆ ＝ ＝ ８ １８ … Ｋ×
ｆ／ １ ． ２ Ｈ ｃ２＝ ６ ５ Ｍ ｚ ５
（ ）最 小步长的正弦波 （ ６ １ 图 ）
频 率 控 制 字 ： ００ ０ ０ ０ ００００１ 相 位 控 制 字 ： ００ ０ ０ ０ ０００００
ｒ — Ｖ ｖ＼ １ ／ 厂 八 八八 ／ ／ ＾厂 ｒ ｕ 厂 九 ＼ ＾＼ 、
图７
仿 真测得正弦波频率为：２ ２ ． ８ ８ ７ ｓ２ ．６ ｓ ／（ ０ ３ ７６ ｕ 一 ０ ２ ｕ ）≈ １． ４ ３ Ｈ ，与计算参 数相 近，误差来 自于仿真测量时的显 ５ ６ １Ｍ ｚ
２ 波形存储 ．
本设计 中波形存储 为连续存储 ，对正 弦波进行采样 利用 Ｏ ａ ｔｓ制造 一个 Ｒ Ｍ ，进 行 查值 操 作 ， 波 形 的 存 储 方 法 ｕｒ ｕ Ｏ表 在 上可 以有两种 方案 ，一个是对正弦波从 ０到 ２ 进行采样 ，在 兀 这 次 设计 和 以上 的 参 数 选 取 上 均 基 于 这 种 方 案 ，这 个 方 案 的
示 误差 。
正弦波幅值的获得 ，可通过 Ｃ语言编程得到，将 Ｃ程序
所 得 结 果 导 出 到一 个 文 件 中 便 可 得 到 正 弦波 幅 值 。 ３ 系 统 设计 ． 由波 形 存 储 模 式 ，设 计 系统 模 型 框 图 ４ ：
（ ）最 大 步 长 的 正 弦波 （ ７ ２ 图 ） 频 率 控 制 字 ： ０ １０ ０ ０ ０００００ 相 位 控 制 字 ：０ ０ ０ ０ ０ ０ ０ ０ ００
优 点 是 实现 简 单 ，思 路 清 晰 ；另一 种 方 案 是 对 正 弦波 从 ０到
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设计及实现
基于FPGA的DDS设计及实现0 引言随着现代电子技术的不断发展，在通信系统中往往需要在一定频率范围内提供一系列稳定和准确的频率信号，一般的振荡器己不能满足要求，这就需要频率合成技术。
直接数字频率合成(Direct Digital Frequency Synthesis，DDS)是把一系列数据量形式的信号通过D／A 转换器转换成模拟量形式的信号合成技术。
DDS具有相对带宽宽、频率转换时间短、频率分辨率高、输出相位连续、可产生宽带正交信号及其他多种调制信号等优点，已成为现代频率合成技术中的姣姣者。
目前在高频领域中，专用DDS芯片在控制方式、频率控制等方面与系统的要求差距很大，利用FPGA来设计符合自己需要的DDS系统就是一个很好的解决方法。
现场可编程门阵列(FPGA)器件具有工作速度快、集成度高、可靠性高和现场可编程等优点，并且FPGA支持系统现场修改和调试，由此设计的DDS电路简单，性能稳定，也基本能满足绝大多数通信系统的使用要求。
1 DDS的结构原理DDS的基本原理是利用有限的离散数据，通过查表法得到信号的幅值，通过数模转换器D／A后生成连续波。
DDS的原理框图如图1所示。
其中：频率控制字为fword；相位累加器的位数为N。
相位累加器以步长fword做累加，产生所需的频率控制数据；把得到的频率控制数据作为地址对ROM存储器进行寻址。
数据存储器(ROM)实质是一个相位／幅度转换电路，ROM中存储二进制码表示所需合成信号的相位／幅度值，相位寄存器每寻址一次ROM，就输出一个相对应的信号相位／幅度值。
理想情况下，累加器的N位全部用来寻址时，DDS的合成频率为：式中：fword为频率控制字；N为相位累加器位数；fclk为输入时钟。
当fworld=1时，得DDS的最小分辨率。
如果改变频率控制字，就可以改变合成的频率的频偏。
2 DDS调频系统在FPGA中的实现2．1 累加控制模块的设计累加控制模块通过调用QuartusⅡ中模块化库LPM进行设计。
以FPGA为基础的DDS控制电路设计方案详解
以FPGA为基础的DDS控制电路设计方案详解FPGA是一种可编程逻辑设备，可以实现数字电路的设计和控制。
FPGA可用于设计频率合成器，其中直接数字频率合成（DDS）是一种常见的应用。
DDS是一种用于产生多种频率信号的技术，它使用数字控制寄存器来生成高精度的数字频率控制。
以下是以FPGA为基础的DDS控制电路设计方案的详细解释：1. 整体架构设计：FPGA DDS控制电路的整体架构包括一个相位累加器（phase accumulator）、一个频率控制字寄存器（frequency control word register）和一个查找表（look-up table）。
相位累加器用于生成相位控制信号，频率控制字寄存器用于存储频率控制信息，查找表用于将相位信息转换为实际的输出信号。
2.相位累加器设计：相位累加器是DDS控制电路的核心部分，它通过累加相位控制字来生成输出信号。
相位累加器通常由一个计数器和一个累加器组成。
计数器用于产生一个固定的时钟信号，累加器用于累加相位控制字。
相位控制字决定了相位累加器的累加速度，从而决定了输出信号的频率。
相位累加器的输出信号将作为查找表的输入信号。
3.频率控制字寄存器设计：频率控制字寄存器用于存储频率控制信息。
频率控制信息可以来自外部输入或来自FPGA内部的控制逻辑，例如通过串行接口输入到FPGA中。
频率控制字寄存器将频率控制信息转换为相位控制字，并将相位控制字输入到相位累加器中。
4.查找表设计：查找表用于将相位信息转换为实际的输出信号。
查找表是一个存储器单元，其中包含了预先计算好的正弦波形数据。
查找表根据输入的相位信息，从存储器中读取对应的正弦波形数据，并将数据作为输出信号输出。
查找表的大小取决于输出信号的需求精度，较大的查找表会提供更高的输出精度。
5.时钟和状态控制：DDS控制电路通常需要一个高精度的时钟信号来驱动相位累加器和频率控制字寄存器。
时钟信号的频率和相位可以通过FPGA内部的时钟控制器进行调整。
DDS原理及基于FPGA的实现
DDS原理及基于FPGA的实现DDS（Direct Digital Synthesis）全称直接数字合成，是一种数字合成功能信号发生器的工作原理。
它是通过根据一些固定的参考信号，加上一个可控的数字增量，形成一个频率可调的数字信号。
DDS工作原理及路线图：DDS的核心是一个数字控制的累加器和一个查找表。
其具体实现如下所示：1.预先存储波形表：首先，需要在DSP处理器或FPGA中事先存储好波形表（一般是一个周期的波形值），该波形表由特定的设计方法生成，例如正弦函数合成、加窗等。
2.相位累加器：DDS在每个时钟周期内累加相位增量。
具体来说，它将前一周期的相位值与当前周期的相位增量相加，并将结果存储在一个相位累加器中。
3.相位查找：相位查找操作通过查找表来实现。
在每个时钟周期中，DDS从查找表中根据相位累加器的值来获取对应的波形数值。
4.数字输出：DDS将查找表中获取的波形数值直接转换为模拟输出信号的幅度。
基于FPGA的DDS实现：DDS在FPGA上实现具有以下优点：灵活性高、资源利用率高、功耗低、随机存取等。
基于FPGA的DDS实现主要包括以下几个关键步骤：1.数字波形表生成：使用FPGA的片上RAM（BRAM）或外部存储器存储一个周期的数字波形表。
2.相位累加器：DDS的核心是一个相位累加器，可以使用FPGA的片上计数器或者DSP48E资源实现，实现相位的累加。
3.查找表选择：DDS使用查找表来获取波形数值，可以根据需求选择合适的查找表，如ROM、LUT等，FPGA提供了不同的资源来实现查找表。
4.数字输出：DDS通过数字转模拟转换器（DAC）将输出信号转换为模拟信号。
FPGA通常具有丰富的IO资源，可直接与DAC连接。
5.控制接口：DDS通常需要提供一些控制接口，允许外部调整频率、相位、振幅等参数。
FPGA可以提供适当的接口，如基于UART或SPI的串行接口、基于GPIO的并行接口等。
总结：DDS是一种基于数字合成的信号发生器原理，通过累加器和查找表实现信号的频率可调。
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信号发生器的设计与实现
基于FPGA的DDS信号发⽣器的设计与实现⼀、实现环境 软件：Quartus II 13.0 硬件：MP801⼆、DDS基本原理 DDS（Direct Digital Synthesizer）即数字合成器，是⼀种新型的频率合成技术，具有相对带宽⼤，频率转换时间短，分辨率⾼和相位连续性好等优点。
较容易实现频率、相位及幅度的数控调制，⼴泛应⽤于通信领域。
DDS的实现⽰意图如下图所⽰： 1、将需要合成的信号的数据存储在rom中，合成待输出信号的⽅法请参考： 2、dds_control实现的功能是将存储在rom中的待合成的信号的数据按照⼀定的规则取出来： dds_control主要由相位累加和频率累加来实现，简单的说，通过控制相位累加和频率累加来实现从rom中取出不同时刻的数据。
（1）相位累加器位数为N位（24~32），相位累加器把正弦信号在相位上的精度定义为N位，其分辨率位1/2N ，决定⼀个波形的起始时刻在哪个点； （2）频率累加器⽤来控制每隔⼏个点从rom中取⼀个数据，决定⼀个波形的频率； （3）若DDS的时钟频率为F clk ,频率控制字fword = 1，则输出频率为 F out = F clk/2N,这个频率相当于“基频”，若fword = B，则输出频率 F out = B * F clk/2N。
因此理论上由以上三个参数就可以得出任意的 f o 输出频率，且可以得出频率分辨率由时钟频率和累加器的位数决定的结论。
当参考时钟频率越⾼，累加器位数越⾼，输出频率分辨率就越⾼。
3、从FPGA中出来的信号都是数字信号（dds_control输出的信号都为数字信号），需要通过dac芯⽚来将数字信号转换为模拟信号，这样将dac芯⽚输出的信号接⼊到⽰波器中，才能看到波形； 4、举例说明频率控制和相位控制： 如上图所⽰，这个是⼀个由33个点构成的正弦波信号，（rom_addr，rom_data），纵坐标为存储在rom中的正弦波信号，横坐标为dds_control ⽣成的地址信号。
基于fpga的dds正弦信号发生器的设计和实现
基于fpga的dds正弦信号发生器的设计和实现
基于FPGA的DDS正弦信号发生器可以使用两种常见的实现
方法：Look-Up Table (LUT) 方法和相位累积器方法。
1. LUT方法：
- 首先，定义一个存储正弦波样本值的LUT (Look-Up Table)，LUT的大小取决于所需的精度和波形频率范围。
- 使用一个计数器来生成一个相位值，该相位值是一个0到LUT大小之间的数字。
- 将该相位值作为索引，通过查找LUT来获取对应的正弦波
样本值。
- 将该正弦波样本值通过数字-模拟转换器(DAC)转换为模拟
信号输出。
2. 相位累积器方法：
- 使用一个固定频率的时钟作为参考信号输入，例如50 MHz。
- 使用一个相位累积器累积每个时钟周期的相位值。
- 计算相位值对应的正弦波样本值，并通过DAC转换为模拟信号输出。
- 相位累积器的更新频率由所需的输出频率确定，可以通过
增加或减小相位值的增量来调节输出频率。
需要注意的是，FPGA上实现DDS正弦信号发生器时，需要
一个高速的DAC来将数字信号转换为模拟信号输出。
同时，
为了提高性能和减少功耗，可以采用流水线技术，通过并行处理来提高输出频率的精度和速度。
此外，还可以通过添加相位调制、振幅调制等功能来进一步扩展DDS正弦信号发生器的
功能。
要设计和实现基于FPGA的DDS正弦信号发生器，可以使用硬件描述语言如Verilog或VHDL编写相应的代码，并使用FPGA开发工具进行综合、布局以及生成比特流文件。
最后，将比特流文件加载到目标FPGA芯片上，就可以实现DDS正弦信号发生器的功能。
基于fpga的dds信号发生器实现方法
基于fpga的dds信号发生器实现方法基于FPGA的DDS信号发生器可以实现高精度、高速率、高可靠性的信号发生。
DDS即直接数字频率合成技术，通过数字控制实现对信号的精确控制，从而生成各种复杂的信号。
其基本原理是将频率可调的数字信号直接进行混频、加权求和等数学处理，得到所需的复杂信号。
在实现基于FPGA的DDS信号发生器时，需要进行如下步骤：
1. 确定FPGA芯片型号和开发环境：根据需求选择合适的FPGA 芯片，同时选择相应的开发环境，如Quartus II、Xilinx ISE等。
2. 编写Verilog/VHDL代码：根据DDS原理，编写相应的Verilog/VHDL代码，实现数字控制和信号处理等功能。
3. 设计电路板：根据芯片的引脚布局，设计相应的电路板，包括时钟电路、功率供应电路、信号输入/输出接口等。
4. 调试和验证：对设计好的电路板进行调试和验证，确保实现的DDS信号发生器能够正常工作。
5. 优化和扩展：根据需求，对实现的DDS信号发生器进行优化和扩展，如增加信号处理模块、扩大频率范围等。
综上所述，基于FPGA的DDS信号发生器是一种高效、高精度、高可靠性的信号发生器，可广泛应用于通信、电子、航空、军事等领域。
其实现方法包括选型、编写代码、设计电路板、调试验证和优化扩展等步骤。
- 1 -。
基于FPGA的DDS设计与实现
基于 Ｆ Ｐ Ｇ Ａ的 Ｄ Ｄ Ｓ设计 与实现
文／ 靳成一 肖蕾
Ｄ Ｏ Ｓ在 电信和 电子仪 器方面的 应用 已经非 常广泛， 是 完成设备 数 字化 的重 要技 术 。笔者 设 计 、利 用 Ｉ Ｓ Ｅ １ ０ ． ０ 软 件 实现 三 相 矩 形 波 信 号、正 弦 波信 号 以及 调频 调相 信号 的 波形 仿真 ， 同时用 ｘ ¨ｉ ｎ ｘ
图１ ：基 于 Ｆ Ｐ Ｇ Ａ的 Ｄ Ｄ Ｓ系统框 图
Ｉ Ｄ Ｏ Ｓ 的原理
ＤＤＳ主要 是运 用正 弦信 号的相 位和 时间 成线性 关系这一特征 ，借助 查表 的方法获取信 号 的瞬时值， 以达到频率合 成。相位累加器是 通 过 Ｎ 位加 法器 和 累加 寄存器 级联 而成 。每 当进行 一时 钟脉 冲 Ｆ ｓ ，加法 器 都会把 频率 控 制 字 Ｋ 和累 加寄 存器所 输 出的 累加相 位数 加 到一起 ，把所得到的结果送到 累加 寄存器 的数 据输入端 。累加寄存器会把上 一时钟脉冲 所得 到 的相位 数反 馈至加法器 的输入端 ，从而 使加 法 器在 下一 时钟脉 冲继 续跟 频 率控制 字 Ｋ进
求。
图 ２ ：Ｒ Ｔ Ｌ级 原 理 图
４基于Ｆ Ｐ Ｇ Ａ 的Ｄ Ｄ Ｓ 硬件实现
综 上， 利用 Ｆ Ｐ ＧＡ器件 ，本 设计 采 用 了 ＤＤＳ 技 术 进 而 研 制 了全 数 字 波 形 信 号 发 生 器 。 通过仿真与实测说 明，频率 小则切 换速度 快， 而且频率也容 易得到控制 ， 设计电路也较简单。 因此 ，本系统可据其实 际，输出多种波形 图， 功能 多样 ， 有调频 、 调相与调 幅等 ， 实用性 良好 。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
基于FPGA的DDS设计与实现
摘要：本文在理论上对直接数字频率合成（directdigitalsynthesizer）的原理及其输出信号的性能进行了分析，用台湾友晶公司的de2开发板设计完成了dds产生正弦波的软硬件调试。
正弦波输出为23.84hz至1562500hz，精度为23.84hz，相位0至360度，精度小于0.1度。
关键词：相位累加器；相位调制器；dds；fpga
中图分类号：tn741 文献标识码：a 文章编号：1674-7712 （2013）04-0093-01
频率合成技术广泛应用于通信、航空航天、仪器仪表等领域。
目前，常用的频率合成技术有直接频率合成、锁相频率合成和直接数字频率合成（dds）等。
其中dds是一种新的频率合成方法，是频率合成的一次革命。
一、dds的组成及其原理
dds是一种全数字的频率合成方法，其基本结构主要由相位累加器、相位调制器、波形存储rom、d/a转换器组成，如图1所示。
相位累加器由一个n位的加法器和一个n位的寄存器构成，通过把上一个时钟的累加结果反馈回加法器的输入端而实现累加功能。
k为频率控制字，p为相位控制字。
设fc为参考时钟频率，n为相位累加器的字长。
正弦波在相位上的精度定为n位，于是频率分辨率为1/2n。
可以得到dds方程为，其中f0是输出频率。
当k=1时，输出最低频率。
而dds理论上的最大输出频率由奈奎斯特采样
定律决定，即，此时k=2n-1。
只要n取值很大，dds就可得到很细的频率间隔。
但d/a转换器的位数是一定的，一个周期分为2n
个点，如果n取值很大，在波形rom中存储了很多相同幅值的点，这样没有必要。
假设d/a转换器的位数是n，波形存储器的地址位数是m，而正弦函数的最大斜率是1，必须保证此处的水平分辨率大于垂直频率，有如下关系：，对于n和m都为正整数，可得m=n+2。
同时采用截断式用法，取相位累加器的高m位，以减少波形rom的容量。
dds技术把需要的波形数据存储到波形查找表中，就可按需要产生不同的信号，既可产生正弦波，又可产生任意波形的信号，这使dds技术在需要特殊波形的领域得到了极大的应用。
二、dds的软硬件实现及外围电路
本文dds设计基于台湾友晶公司的de2开发板，其核心芯片为altera公司的cycloneii的ep35672c6芯片，设计软件为quartusii。
dds设计中，输出为正弦波。
频率控制字k是由一个8位的开关输入经过处理输出为27位的频率控制字，其变化范围为2047至227-1，步进为2047。
最低输出频率和频率精度均为23.84hz，最高输出频率为1562500hz。
相位控制字为12位的开关输入，可调节相位0至360度变化，相位精度小于0.1度。
系统的顶层设计如图4所示，加法器add32和寄存器reg32构成了相位累加器，加法器add12和寄存器reg12构成了相位调制器。
选择器mux和乘法器mult为了产生一个大的频率控制字k，mult
的输出为频率控制字k，mux的8位输入端f[7..0]和相位控制字
p[11..0]字由de2开发板开关直接输入，时钟频率50mhz。
波形存储器sin_rom的输出和d/a转换器相连。
sin_rom的波形数据文件用matlab生成。
其外围d/a电路采用并行10位的dac900u芯片，d/a以及lpf所用到的运放均采用ti公司的ad817。
本文设计完成了dds产生正弦波的软硬件调试，输出正弦波频率、相位特性满足设计要求，输出正弦波波形稳定，失真度小。
由于篇幅有限不另附d/a、plf的电路图及正弦波调试波形图。
参考文献：
[1]王金明.数字系统设计与veriloghdl（第4版）[m].北京：电子工业出版社，2011，1.
[2]夏宇闻.verilog数字系统设计教程（第2版）[m].北京：北京航空航天大学出版社，2008，6.
[3]杨春玲.eda技术与实验[m].哈尔滨：哈尔滨工业大学出版社.2009.4.
[作者简介]白玉（1981.10-），男，黑龙江省嫩江人，黑龙江省黑河学院物理化学系，硕士，讲师，研究方向：自动控制。