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1、. . .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。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，极大的提高波形发生器的性能，降低生产成本。本文首先介绍了DDS波形发生器的研究背景和DDS的
2、理论。然后详尽地叙述了用FPGA完成DDS模块的设计过程，利用Verilog-HDL硬件描述语言设计DDS波形发生器的各个模块，最后利用Altera的设计工具Quartus II并结合Modelsim软件对波形发生器进行电路设计功能仿真，并对仿真结果进行分析。仿真结果表明，波形发生器可输出正弦波、三角波、方波、锯齿波，并且可通过改变频率控制字和相位控制字的大小来改变输出波形的频率和相位。通过仿真结果表明，本设计达到了预定的要求，并证明了采用软硬件结合，利用FPGA技术实现DDS波形发生器的方法是可行的。关键词：直接数字频率合成 现场可编程门阵列 波形发生器AbstractWaveform ge
3、nerator has become a modern field test one of the most widely used general-purpose equipment, on behalf of the waveform generator development. With the development of technology in all aspects of the waveform generators have become increasingly demanding. In recent years, direct digital synthesizers
4、 (DDS) has a frequency resolution because of its high-frequency conversion speed, continuous changes in the phase characteristics in digital communication systems have been widely used in modern frequency synthesis technology to become the leader in . Field-programmable gate array (FPGA) design flex
5、ibility, high speed, in digital ASIC design has been widely used, due to field-programmable gate array (FPGA) with high integration, high-speed, large capacity memory can be realized functional characteristics, can effectively achieve DDS technology, which greatly improve the performance of waveform
6、 generator and reduce production costs. This paper introduces the DDS waveform generator of the research background and DDS theory. Then a detailed account of the completion of DDS module with FPGA design process, using Verilog-HDL Hardware Description Language Design DDS waveform generator for each
7、 module and finally the use of Alteras Quartus II design tool in conjunction with Modelsim software waveform generator circuit design features simulation, and simulation results analysis. Simulation results show that the waveform generator can output sine wave, triangle wave, square wave, sawtooth w
8、ave, and can be controlled by changing the frequency and phase control words words to change the size of the output waveform of the frequency and phase. The simulation results show that this designed to meet the scheduled requirements and proof of use of hardware and software combination of the use
9、of FPGA technology to achieve DDS waveform generator approach is feasible.Keywords：DDS FPGA Waveform Generator目 录摘 要Abstract.第1章 绪论11.1 课题背景11.2 国内外波形发生器发展现状.21.2.1 波形发生器的发展现状.21.2.2 国内外波形发生器产品比较.41.2.3 研究波形发生器的目的及意义51.3本文研究主要内容5第2章DDS波形发生器理论介绍62.1 频率合成技术62.1.1频率合成技术的发展和分类.62.1.2频率合成技术的技术指标.72.1.3直接
10、数字频率合成技术的现状及应用82.2 DDS的原理及性能特点92.2.1 DDS的基本原理.92.2.2 DDS的优点.112.2.3 DDS的缺点.12本章小结.12第3章 FPGA及其开发环境简介.133.1现场可编程门阵列（FPGA）简介.133.2 Quartus II 8.1集成开发环境简介.153.3 ModelSimHDL语言仿真软件简介.163.4 Verilog-HDL语言简介.173.5 FPGA开发流程.19本章小结.19第4章DDS波形发生器的FPGA实现.204.1 DDS波形发生器的FPGA设计流程.204.2 DDS波形发生器模块划分.224.2.1 DDS波形发
11、生器顶层模块.224.2.2 DDS波形发生器测试模块.234.2.3 DDS波形发生器ROM模块254.3 DDS波形发生器功能仿真.25本章小结.27结 论28致 谢29参考文献30附录1 译文31附录2 英文参考资料33.专业资料.第1章 绪论1.1 课题背景 直接数字频率合成 (Direct Digital Synthesizer，简称：DDS)技术是一种新的全数字的频率合成原理，它从相位的角度出发直接合成所需波形。这种技术由美国学者J.Tiercy，M.Rader和B.Gold于1971年首次提出，但限于当时的技术和工艺水平，DDS技术仅仅在理论上进行了一些探讨，而没有应用到实际中去
12、。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。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
13、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。而传统波形发生器采用专用芯片，成本高，控制方式不灵活，已经越来越不能满足现代电子测量的需要，正逐步退出历史舞台。可见，为适应现代电子技术的不断发展和市场要求，研究制作高性能的任意波形发生器十分有必要，而且意义重大。基于FPGA的DDS波形发生器，由于可以获得很高的频率稳定度和精确度，同时可以根据需要方便地实现各种比较复杂的调频、调相和调幅功能，因此发展非常迅速，尤其是最近随着现代电子技术的不断发展，其应用更是有了质的飞跃。1.2 国内外波形发生器发展现状1.2.1 波形发生器的发展现状波形发生器是能够产生大量的标准信号和用户定义信号，并保证高精度、高稳定性、可重复性和易操作性的电子仪器。波形发生器具有连续的相位变换、和频率稳定性等优点，不仅可以模拟各种复杂信号，还可对频率、幅值、相移、波形进行动态、及时的控制，并能够与其它仪器进行通讯，组成自动测试系统，因此被广泛用于自动控制系统、震动激励、通讯和仪器仪表领域。在
