摘 要

信号发生器被大量运用于在电测试信号电路，该电路能产生被测电路所需要的指定的参数，信号发生器在生产实践和科技领域同样应用广泛。频率源由固定频率源和合成频率源两种频率源组成，是常用电子系统最根本的信号出处。直接频率合成器(DDS)是利用数字取样技术,大体是相位累加器的频率合成器,DDS相比较其他的频率合成器具有转化时间短，产生的相位干扰低包括相位连续等特有的一些优点。

基于现场可编程门阵列简称FPGA的直接数字合成器以自身优越的性能和特定的功能已经成为现代频率合成技术的佼佼者。本毕业设计需要利用FPGA来完成频率合成器(DDS)的设设计，需要对指定信号的频率相位幅度进行调整，并改进原有频率合成器中的时延问题。

本文主要包含了直接数字频率合成器（DDS）的工作原理和设计方法，由51单片机进行控制，协同FPGA（现场可编程逻辑器件）共同完成DDS的指定任务，其控制结果为产生一个正弦波信号，该信号频率相位可调。本设计中的各功能模块主要是通过VHDL来仿真的。

关键词：直接数字频率合成；FPGA；仿真

Abstract

Signal generator has been widely used in practice and in the field of science and technology, mainly used in the circuit under test to produce a desired specific parameters of electrical test signal.Frequency source is an electronic system (radar, communication, monitoring and control) of the basic signal sources, including fixed-point frequency source and synthesized frequency source categories.Direct frequency synthesizer (DDS) is the use of digital sampling technology in general is the phase accumulator frequency synthesizer.DDS compared to the previous frequency synthesizer frequency switching time is short, low phase noise, phase-continuous and so on.

Based on field programmable gate array FPGA short of a direct digital synthesizer to their own superior performance and specific functions it has become the leader in modern frequency synthesizer technology.Task of this paper is to use FPGA to design a direct frequency synthesizer (DDS), to achieve changes in frequency, amplitude, phase, solve the problem of a delay in the presence of DDS.

This article contains a direct digital synthesizer (DDS) working principle and design method, while the DDS technology and FPGA devices combined to determine the overall design method of FPGA devices, made a detailed description of each module is required, its features and design methods can be seen in this article.

Key Words：Direct Digital Synthesis；FPGA；simulationBuilder；

目 录

摘 要

Abstract

第1章 绪论

1.1 课题背景

1.2 课题研究的目的和意义

1.3 国内外概况

1.4 课题的主要研究工作

第2章 系统设计方案的研究

2.1 直接数字频率合成器（DDS）

2.1.1 DDS的工作原理

2.1.2 DDS的结构

2.2 现场可编程技术FPGA

2.2.1 FPGA的基本结构

2.2.2 FPGA开发流程

2.3 系统实现方案分析与比较

2.3.1 单片机的选择

2.3.2 HDL语言的选择

2.3.3 仿真软件的选择

第3章 总体设计

3.1 FPGA设计DDS电路的系统结构

3.1.1 相位累加器部分

3.1.2 相位/幅度转换电路

3.1.3 D/A转换电路

3.1.4 系统控制电路

3.2 单片机与FPGA的接口设计

3.3现场可编程逻辑器件（FPGA）的选择

3.4 其他电路设计

3.4.1 晶体振荡电路

3.4.2 幅度控制电路

3.4.3 单片机外扩展存储器电路

3.4.4 滤波、缓冲输出电路

3.4.5 键盘和显示控制电路

第4章 系统的实现

4.1 系统的计算

4.2 系统仿真

第5章 结论

5.1 总结

5.2 展望

参考文献 24

附录A 键盘显示电路

附录B 电路VHDL设计

附录C 程序源

致 谢

第1章 绪论

1.1 课题背景

在当代社会，科技发展的非常迅猛，我们对信号频率水准的一个要求也较以前提高不少。之前那些只提供一种的固定频率符合不了现在振荡器的一个需求，慢慢的我们开始追求多点频率。一般电子仪器设备的电路系统出现故障，对其检测的时候需要在外部设备提供一些特殊的信号源，在这个时候，我们引进了频率合成这个技术，其中一种合成方法叫做直接数字式频率合成，这个技术结合了数字处理理论来产生信号。DDS技术相比于其他合成技术，有着特有的优势，特别是在雷达系统中的频率合成及宽带信号产生^[1]。DDS技术在这几年发展十分迅速，很大一部分原因是它和其他合成技术来比较的话，频率分辨率能达到很高的一个水平，变频速度也较之前得到很大提升，产生的相位连续并且噪声也很低，不仅可以使其功能得到拓展，还因为它的全数字化使集成也变得很便捷，如果我们要调制输出信号的话，采用DDS技术会相对而言简单很多，这也恰恰符合了当代电子系统的诸多要求^[13]。在此次课题中，我们研究的DDS产品也可以当做是一个锁相环的替代产物，也可以称之为快速频率合成器件^[3][4]。

这几年，FPGA，也称为现场可编程门阵列，在各大领域普遍都会使用这个技术，从而FPGA得到了高速的发展。使用FPGA会让工作频率得到提升，不仅如此，集成度和对资源的一个容量也得到不少的优化。这样一来，人们都开始重视FPGA技术，使用这个技术来设计一些数字集成电路^[2]。我们课题研究的直接数字频率合成器就是在FPGA的基础上来设计的。充分发挥了它的一个灵活性，不仅如此，对控制方式的选择也可以不固定，使DDS的优点得到最大化体现^[15]。

1.2 课题研究的目的和意义

为了顺应科技的时代变迁，我们课题就联系了FPGA来设计一个DDS，因为现在我们对频率源的要求愈来愈高，振荡器和晶体振荡器都存在着它们很大一部分的缺陷，不能满足航空、遥控、卫星定位等一系列领域的一个应用，从而我们可以知道来设计研究频率合成技术的一个重要性，以及对现代电子技术的发展的一个贡献和意义。