可调信号发生器的FPGA实现

摘  要

信号发生器是一类非常重要的电子仪器，在做实验、进行产品研制和调试以及系统测试中都是必不可少的，而传统的信号发生器性能是非常有限的，满足不了有些用户的要求。直接数字式频率合成技术DDS(Direct Digital Synthesis)是新一代的频率合成技术，它采用数字控制信号的相位增量技术，具有频率分辨率高，频率切换快，频率切换时相位连续和相位噪声低以及全数字化易于集成等优点而被广泛采用。近几年超高速数字电路的发展以及对DDS的深入研究，DDS的最高工作频率以及噪声性能己接近并达到锁相频率合成器相当的水平。随着这种频率合成技术的发展，现已广泛应用于通讯、导航、雷达、遥控遥测、电子对抗以及现代化的仪器仪表工业等领域。

在理论上对DDS的原理及其输出信号的性能进行了分析，采用FPGA实现了

任意波形发生器，能够产生三角波、锯齿波、正弦波和方波始终波形。在设计频率调制电路时采用了频率字运算单元和相位累加器相结合的结构，该方法既可实现宽带线性调频，又可实现非线性调频。利用了Verilog 硬件描述语言和ModelSim软件完成了模块的设计与性能验证，结果满足设计要求。

关键词： Verilog HDL； 任意波形发生器；DDS 直接数字频率合成

目录

Abstract V

第1章  绪 论 1

1.1课题研究的背景、目的、意义 1

1.2频率合成技术概述 1

1.3直接频率合成技术的特性 3

1.4国内外波形发生器的发展状况 4

1.5本文内容 6

第2章  FPGA和开发环境、仿真工具简介 8

2.1 FPGA简介 8

2.2 Verilog HDL硬件描述语言简介 9

2.3 Quartus II开发软件简介 9

2.4 ModeSim仿真软件 10

2.5 FPGA设计流程 11

第3章 DDS技术相关原理 15

3.1 DDS基本原理 15

3.2 DDS基本结构 16

3.2.1基于CORDIC算法的DDS结构 16

3.2.2基于RAM查找表的DDS结构 17

3.3 DDS的误差分析 19

3.3.1理想DDS的谱分布 20

3.3.2 DDS的相位噪声 22

第4章 波形发生器的FPGA的实现 23

4.1 DDS设计流程 24

4.2相位累加器的设计 25

4.3地址产生器的设计 26

4.4波形寄存器的设计 27

4.4.1波形ROM的设计 27

4.4.2波形数据的产生 31

4.4.3波形RAM的设计 34

4.5地址分配器和数据选择器的设计 35

4.6 DDS模块和单片机接口设计 38

第5章 DDS模块的仿真 42

5.1 testbench的介绍 42

5.2固定波形的仿真实现 42

结论 45

致谢 46

参考文献 47

附录1 48

附录2 52