【正文】 轉(zhuǎn)換時輸出波形相位連續(xù)等。 波形發(fā)生器即通常所說的信號發(fā)生器是一種常用的信號源，和示波器、電壓表、頻率計等儀器一樣是最普遍、最基本也是應(yīng)用最廣泛的的電子儀器之一，幾乎所有電參量的測量都要用到波形發(fā)生 器。它已廣泛應(yīng)用于通訊、雷達(dá)、遙控測試、電子對抗、以及現(xiàn)代化的儀器儀表工業(yè)等許多領(lǐng)域。其主要優(yōu)點有：頻率改變速度快、頻率分辨率高、輸出相位連續(xù)、可編程、全數(shù)字化便于集成等，目前使用最廣泛的一種 DDS頻率合成方式是利用高速存儲器將正弦波的 M個樣品存在其中，然后以查找的方式按均勻的速率把這些樣品輸入到高速數(shù)模轉(zhuǎn)換器，變成所設(shè)定頻率的正弦波信號 [3]。在頻率合成領(lǐng)域中 ,直接數(shù)字合成 Direct Digital Synthesizer，簡稱：DDS 是近年來新的技術(shù) , 它從相位的角度出發(fā)直接合成所需波形。 關(guān)鍵詞： DDS， FPGA， DSP Builder，波形發(fā)生器 Abstract waveform generator field of application of modern testing has bee the most widely used generic instruments. With the development of technology, various aspects of the waveform generator is increasingly demanding. In recent years, direct digital frequency synthesizer DDS because of its high frequency resolution, frequency conversion speed, continuously variable phase, etc., because gate array FPGA with high integration, , large capacity memory can be realized functional characteristics, can effectively achieve the DDS technology, greatly improves the performance waveform generator, reduce production costs. In the modern electronic devices, munications technology, medical imaging, wireless PCS / PCN systems, radar, satellite munications, with a very wide range of applications. This paper first introduces the research background waveform generator DDS and DDS theory. Then described in detail in order to DSPBuilder toolbox Matlab platform, programming a DDS signal source, produces sine, square, triangle wave, sawtooth foundation, but also produce different modulated signals used in munication ASK, FSK, PSK, etc. , and finally through Matlab simulation and transformed into hardware description language, and then downloaded to the chamber through the Quartus II, the Quartus II through observation and analysis of the results. By analyzing the results show that the design meets the prescribed requirements, proved using a bination of hardware and software, bined with DDS technology, the programming of the FPGA generates a variety of waveforms such as SIN,SQU, ASK, FSK, PSK method is feasible. Keywords: DDS, FPGA, DSP Builder, waveform generator 目錄 摘要 I Abstract II 目錄 I 第 1 章 緒 論 1 課題背景 1 國內(nèi)外波形發(fā)生器發(fā)展現(xiàn)狀 2 波形發(fā)生器的發(fā)展現(xiàn)狀 2 國內(nèi)外波形發(fā)生器產(chǎn)品比較 2 研究波形發(fā)生器的目的及意義 3 論文的主要工作與章節(jié)安排 3 第 2 章 DDS 波形發(fā)生器的理論介紹 4 DDS 的基本原理與特點 4 DDS 信號的優(yōu)點與缺點 6 DDS 的優(yōu)點 6 DDS 的缺點 6 第 3 章 開發(fā)平臺介紹 7 硬件平臺 FPGA 介紹 7 FPGA 簡介 7 FPGA 工作原理 7 軟件開發(fā)平臺 Matlab 簡介 8 DSP Builder 簡介 9 軟件平臺 Quartus II 介紹 10 第 4 章 系統(tǒng)實現(xiàn) 11 設(shè)計要求 11 系統(tǒng)方案論證與比較 11 產(chǎn)生 DDS 信號波形方案的選擇 11 單片機(jī)處理器比較選擇 12 系統(tǒng)理論分析及設(shè)計 12 總體設(shè)計 12 主要技術(shù)參數(shù)的分析與確定 12 單片機(jī)軟件和硬件設(shè)計 13 硬件電路圖設(shè)計 14 單片機(jī)編程 15 FPGA 軟件和硬件設(shè)計 17 FPGA 硬件設(shè)計 17 FPGA 軟件設(shè)計 19 MATLAB 軟件設(shè)計 22 第 5 章 系統(tǒng)仿真 23 單片機(jī)軟件調(diào)試 23 Matlab DSP Builder 仿真 23 DSP Builder 設(shè)計流程 23 MATLAB 仿真結(jié)果 26 第 6 章 系統(tǒng)測試 28 硬件焊接與測試 28 測試波形頻率 29 波形測試種類 30 總結(jié) 31 參考文獻(xiàn) 32 致謝 33 附錄 A 34 第 1 章 緒 論 本章首先介紹 DDS 信號發(fā)生器的課題背景，國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀，和論文的章節(jié)安排。然后詳盡地敘述了在以 Matlab 平臺上 DSPBuilder 工具箱，編程實現(xiàn)一個 DDS 信號源，在產(chǎn)生正弦波、方波、三角波、鋸齒波的基礎(chǔ)上，還產(chǎn)生不同通信中用到的調(diào)制信號 ASK，F(xiàn)SK， PSK 等 ，最后通過 Matlab 仿真并轉(zhuǎn)化為硬件描述語言，再通過 Quartus II下載到試驗箱上，借助 Quartus II 對結(jié)果進(jìn)行觀察與分析。 在現(xiàn)代電子器件、通信技術(shù)、醫(yī)學(xué)成像、無線 PCS/ PCN 系統(tǒng)、雷達(dá)、衛(wèi)星通信中，具有很廣泛的應(yīng)用。近年來，直接數(shù)字頻率合成器（ DDS）由于其具有頻率分辨率高、頻率變換速度快、相位可連續(xù)變化等特點，在數(shù)字通信系統(tǒng)中已被廣泛采用而成為現(xiàn)代頻率合成技術(shù)中的佼佼者。基于 FPGA 的 DDS 信號發(fā)生器設(shè)計畢業(yè)論文 畢 業(yè) 設(shè) 計 [論 文 ] 題 目： 基于 FPGA 的 DDS 信號發(fā)生器設(shè)計 學(xué) 院： 電氣與信息工程學(xué)院 專 業(yè)： 電子信息工程 姓 名： 學(xué) 號： 指導(dǎo)老師： 梁成武 完成時間 ： 72020530 摘要 基于 FPGA 的波形發(fā)生器己成為現(xiàn)代測試領(lǐng)域應(yīng)用最為廣泛的通用儀器之一。隨著科技的發(fā)展，對波形發(fā)生器各方面的要求越來越高。由于現(xiàn)場可編程門陣列 FPGA 具有高集成度、高速度、可實現(xiàn)大容量存儲器功能的特性，能有效地實現(xiàn) DDS 技術(shù)，極大的提高波形發(fā)生器的性能，降低生產(chǎn)成本。 本文首先介紹了 DDS 波形發(fā)生器的研究背景和 DDS 的理論。通過分析結(jié)果表明，本設(shè)計 達(dá)到了預(yù)定的要求，證明了采用軟硬結(jié)合的方式，結(jié)合 DDS 技術(shù)，對 FPGA的編程實現(xiàn)產(chǎn)生多種波形（如正弦波，方波、三角波、 ASK， FSK， PSK）的方法是可行的。 課題背景 頻率檢測是電子測量領(lǐng)域的最基本也是最重要的測量之一，頻率信號抗干擾強(qiáng)，易于傳輸，可以獲得較高的測量精度，所以頻率方法的研究越來越受到重視[1]。 它 是由美國人 首先提出來的 ,是一種以數(shù)字信號處理理論為基礎(chǔ) ,從相位概念出發(fā)直接合成所需波形的一種新的全數(shù)字技術(shù)的頻率合成方法。近 30 年來，隨著超大規(guī)模集成、現(xiàn)場可編程門陣列 Field Programmable Gate Array，簡 稱： FPGA 、復(fù)雜可編程器件 Complex programmable Logic Device，簡稱： CPLD 等技術(shù)的出現(xiàn)以及對 DDS 理論上的進(jìn)一步探討，使得 DDS 技術(shù)得到了飛速的發(fā)展。 DDS 的數(shù)字部分，即相位累加器和查表，被稱為數(shù)控振蕩器（ NCO）。不論是在生產(chǎn)還是在科研與教學(xué)上，波形發(fā)生器都是電子工程師信號仿真試驗的最佳工具。而傳統(tǒng)波形發(fā)生器采用專用芯片，成本高，控制方式不靈活，已經(jīng)越來越不能滿足現(xiàn)代電子測量的需要，正逐步退出歷史舞臺。 國內(nèi)外波形發(fā)生器發(fā)展現(xiàn)狀 波形發(fā)生器的發(fā)展現(xiàn)狀 在 70 年代前，信號發(fā)生器主要有兩類：正弦波和脈沖波。在 70年代后，微處理器的出現(xiàn)，可以利用處理器、 A/D 和 D/A，硬件和軟件使波形發(fā)生器的功能擴(kuò)大，產(chǎn)生更加復(fù)雜的波形。 90 年代末，出現(xiàn)幾種真正高性能、高價格的波形發(fā)生器、但是 HP 公司推出了型號為 HP770S的信號模擬裝置系統(tǒng)，它由 HP8770A任意波形數(shù)字化和 HP1776A波形發(fā)生軟件組成。 到了二十一世紀(jì)，隨著集成電路技術(shù)的高速發(fā)展，出現(xiàn)了多種工作頻率可過GHz 的 DDS 芯片，同時也推動了波形發(fā)生器的發(fā)展， 2020 年， Agilent 的產(chǎn)品33220A 能夠產(chǎn)生 17 種波形，最高頻率可達(dá)到 20M， 2020 年的產(chǎn)品 N6030A 能夠產(chǎn)生高達(dá) 500MHz 的頻率， 采樣的頻率可達(dá) 。 國內(nèi)外波形發(fā)生器產(chǎn)品比較 頻率合成器被譽為電子系統(tǒng)的“心臟”，頻率源的發(fā)展直接關(guān)系到電子系統(tǒng)性能的發(fā)展。 早在 1978 年，由美國 Wavetek 公司和日本東亞電波工業(yè)公司公布了最高取樣頻率為 5MHz，可以形成 256 點 存儲長度 波形數(shù)據(jù)，垂直分辨率為 8bit，主要用于振動、醫(yī)療、材料等領(lǐng)域的第一代高性能信號源，經(jīng)過將近 30 年的發(fā)展，伴隨著電子元器件、電路、及生產(chǎn)設(shè)備的高速化、高集成化，波形發(fā)生器的性能有了飛速的提高。波形操作方法的好壞，是由波形發(fā)生器控制軟件質(zhì)量保證的 ，編輯功能增加的越多，波形形成的操作性越好。 研究波形發(fā)生器的目的及意義 波形發(fā)生器是信號源的一種，主要給被測電路提供所需要的己知信號 各種波形 ，然后用其它儀表測量感興趣的參數(shù)。目前我國己經(jīng)開始研制波形發(fā)生器，并取得了可喜的成果。就目前國內(nèi)的成熟產(chǎn)品來看，多為一些 PC 儀器插卡，獨立的儀器和 VXI 系統(tǒng)的模塊很少，并且我國目前在波形發(fā)生器的種類和性能都與國外同類產(chǎn)品存在較大的差距，因此加緊對這類產(chǎn)品的研制顯得迫在眉睫。其中第二章主要介紹 DDS的基本原理以及優(yōu)缺點。第四章是本文重點介紹的對象，里面主要包含了設(shè)計的具體思路包括系統(tǒng)的實現(xiàn)以及系統(tǒng)工作流程情況。第六章則是對設(shè)計進(jìn)行調(diào)試驗證。其中第一部分以正弦波為例子，對 DDS 原理在整個設(shè)中的重要意義進(jìn)行講解。 DDS 的基本原理與特點 DDS即直接數(shù)字頻率合成技術(shù)，是由美國學(xué)者 ,于 1971年首次提出，是一種以數(shù)字信號處理理論為基礎(chǔ) ,從 相位概念出發(fā)直接合成所需波形的一種新的全數(shù)字技術(shù)的頻率合成方法。與大家熟悉的直接式和間接式（ PLL）頻率合成技術(shù)不同， DDS 技術(shù)完全采用數(shù)字技術(shù)處理，屬于第三代頻率合成技術(shù)。 DDS 的應(yīng)用領(lǐng)域包括各類無線通信、有線通信、網(wǎng)絡(luò)通信，各類需要頻率信號的儀器、儀表、遙測、遙感設(shè)備、收音機(jī)和電視機(jī)等。 對于一個 頻譜純凈的單頻正弦信號可以用下式來描述： （ ） 其相位為 （ ）