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基本信息

項(xiàng)目名稱：
一種基于DDS技術(shù)的數(shù)字移相信號(hào)發(fā)生器及其FPGA實(shí)現(xiàn)
小類：
信息技術(shù)
簡(jiǎn)介：
DDS即直接頻率合成器，是一種新型的頻率合成技術(shù)，具有較高的頻率分辨率，可以實(shí)現(xiàn)快速的頻率切換，并且改變時(shí)能夠保持相位的連續(xù)，很容易實(shí)現(xiàn)頻率、相位和幅度的數(shù)控調(diào)制，在現(xiàn)代電子系統(tǒng)及設(shè)備的頻率源設(shè)計(jì)中，尤其是在通信領(lǐng)域，其運(yùn)用也越來(lái)越廣泛。
詳細(xì)介紹：
本設(shè)計(jì)將基于DDS的數(shù)字移相信號(hào)發(fā)生器分為5個(gè)功能模塊，即波形數(shù)據(jù)ROM模塊，32位加法器模塊，10位加法器模塊，32鎖存器模塊和10位鎖存器模塊。整個(gè)系統(tǒng)采用模塊化設(shè)計(jì)，采用QuartsII設(shè)計(jì)各個(gè)功能模塊，使用文本輸入VHDL設(shè)計(jì)各個(gè)功能模塊，然后再頂層設(shè)計(jì)作為組件，從而實(shí)現(xiàn)一個(gè)完整的數(shù)字移相發(fā)生器電路。電路要求能輸出2路正弦信號(hào)，由2路10位D/A實(shí)現(xiàn)波形輸出。信號(hào)頻率能通過(guò)輸入的8位頻率控制字同步控制；其中一路作為參考信號(hào)，另一路是可移相得信號(hào)，可通過(guò)輸入的8位相位控制字控制。其中“FWORD”是8位頻率控制字，控制輸出波形信號(hào)的頻移量；“PWORD”是8位相移控制字，控制輸出波形的相移量；ADDER32B及分別為32位和10位加法器；SIN_ROM是存放波形數(shù)據(jù)的ROM，10位數(shù)據(jù)線，10位地址線（數(shù)據(jù)和地址線最大可以到32位），其中正弦波數(shù)據(jù)文件是后綴為mif的文件（可由VC++生成）；REG32B和REG10B分別是32位和10位寄存器；POUT和FOUT為10位輸出，可以分別與兩個(gè)高速D/A連接，輸出參考信號(hào)和可移相波形信號(hào)。

作品圖片

  • 一種基于DDS技術(shù)的數(shù)字移相信號(hào)發(fā)生器及其FPGA實(shí)現(xiàn)

作品專業(yè)信息

設(shè)計(jì)、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點(diǎn)、技術(shù)關(guān)鍵和主要技術(shù)指標(biāo)

傳統(tǒng)的模擬移相不能實(shí)現(xiàn)任意波形的移相，這是由傳統(tǒng)的模擬移相電路的幅相特性所決定，對(duì)于方波、三角波、鋸齒波等非正弦信號(hào)各次諧波的相移、幅值衰減不一致，從而導(dǎo)致輸出波形發(fā)生畸變。DDS可產(chǎn)生任意頻率的正弦波信號(hào)和任意波形的信號(hào)，只需改變ROM查找表中的數(shù)據(jù)。利用DDS子系統(tǒng)還可容易的設(shè)計(jì)PSK調(diào)制器和QAM調(diào)制器。用FPGA實(shí)現(xiàn)DDS系統(tǒng)設(shè)計(jì)，一方面可得到較高的工作頻率，另一方面由于FPGA具有良好的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)可重配置特性，且有功能強(qiáng)大的開(kāi)發(fā)軟件和許多軟、硬IP核，使得設(shè)計(jì)更靈活，修改更方便，升級(jí)更快捷，因此基于FPGA的系統(tǒng)設(shè)計(jì)將得到更廣泛的應(yīng)用。用FPGA實(shí)現(xiàn)DDS調(diào)頻信號(hào)電路較采用專用DDS芯片更為靈活，只要改變FPGA中ROM內(nèi)的數(shù)據(jù)和控制參數(shù)，DDS就可以產(chǎn)生任意調(diào)制波形，且分辨率高，具有相當(dāng)大的靈活性。相比之下，DDS的功能完全取決于設(shè)計(jì)需求，可以復(fù)雜也可以簡(jiǎn)單，而且FPGA芯片還支持在系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)升級(jí)。另外，將DDS設(shè)計(jì)嵌入到FPGA芯片所構(gòu)成的系統(tǒng)中，其系統(tǒng)成本并不會(huì)增加多少，而購(gòu)買專用芯片的價(jià)格則是前者的很多倍。所以采用FPGA來(lái)設(shè)計(jì)DDS系統(tǒng)具有很高的性價(jià)比。由于傳統(tǒng)的模擬移相有許多不足，如移相輸出波形易受輸入波形的影響，移相角度與負(fù)載的大小和性質(zhì)關(guān)，移相精度不高，分辨率較低等。

科學(xué)性、先進(jìn)性

隨著電子技術(shù)的發(fā)展，能夠產(chǎn)生各種波形信號(hào)的數(shù)字式信號(hào)發(fā)生器的應(yīng)用也越來(lái)越廣泛，移相信號(hào)發(fā)生器屬于信號(hào)源的一個(gè)重要組成部分，但傳統(tǒng)的移相有許多的不足，如移相輸出波形易受輸入波形的影響，移相角度與負(fù)載的大小和性質(zhì)有關(guān)，移相精度不高，分辨率較低等。而且，傳統(tǒng)的模擬移相不能實(shí)現(xiàn)任意波形的移相，目前，利用DDS技術(shù)產(chǎn)生信號(hào)源的方法得到了廣泛的應(yīng)用，DDS技術(shù)已成為頻率合成技術(shù)發(fā)展的主流方向。由于它的高度集成性，對(duì)于簡(jiǎn)化電子系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案，降低硬件的復(fù)雜程度，提高系統(tǒng)的整機(jī)性能意義重大。針對(duì)數(shù)字信號(hào)源的特點(diǎn)，利用Altera的多平臺(tái)開(kāi)發(fā)環(huán)境QuartusⅡ提供的MegaWizard Plug-In Manager來(lái)定制正弦信號(hào)數(shù)據(jù)ROM宏功能塊，并將預(yù)先計(jì)算好的正弦函數(shù)值加載于該模塊，同時(shí)利用可編程器件FPGA的強(qiáng)大時(shí)序控制功能產(chǎn)生參考信號(hào)和可移相正弦信號(hào)?？梢灶A(yù)料將來(lái)DDS產(chǎn)品的時(shí)鐘頻率將越來(lái)越高，雜散會(huì)越來(lái)越低，價(jià)格也將更低，DDS產(chǎn)品將會(huì)得到普遍的應(yīng)用和發(fā)展。

獲獎(jiǎng)情況及鑒定結(jié)果

無(wú)

作品所處階段

完成

技術(shù)轉(zhuǎn)讓方式

無(wú)

作品可展示的形式

實(shí)物展示

使用說(shuō)明,技術(shù)特點(diǎn)和優(yōu)勢(shì),適應(yīng)范圍,推廣前景的技術(shù)性說(shuō)明,市場(chǎng)分析,經(jīng)濟(jì)效益預(yù)測(cè)

DDS可產(chǎn)生任意頻率的正弦波信號(hào)和任意波形的信號(hào)，只需改變ROM查找表中的數(shù)據(jù)。利用DDS子系統(tǒng)還可容易的設(shè)計(jì)PSK調(diào)制器和QAM調(diào)制器。用FPGA實(shí)現(xiàn)DDS系統(tǒng)設(shè)計(jì)，一方面可得到較高的工作頻率，另一方面由于FPGA具有良好的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)可重配置特性，且有功能強(qiáng)大的開(kāi)發(fā)軟件和許多軟、硬IP核，使得設(shè)計(jì)更靈活，修改更方便，升級(jí)更快捷，因此基于FPGA的系統(tǒng)設(shè)計(jì)將得到更廣泛的應(yīng)用。用FPGA實(shí)現(xiàn)DDS調(diào)頻信號(hào)電路較采用專用DDS芯片更為靈活，只要改變FPGA中ROM內(nèi)的數(shù)據(jù)和控制參數(shù)，DDS就可以產(chǎn)生任意調(diào)制波形，且分辨率高，具有相當(dāng)大的靈活性。相比之下，DDS的功能完全取決于設(shè)計(jì)需求，可以復(fù)雜也可以簡(jiǎn)單，而且FPGA芯片還支持在系統(tǒng)現(xiàn)場(chǎng)升級(jí)。另外，將DDS設(shè)計(jì)嵌入到FPGA芯片所構(gòu)成的系統(tǒng)中，其系統(tǒng)成本并不會(huì)增加多少，而購(gòu)買專用芯片的價(jià)格則是前者的很多倍。所以采用FPGA來(lái)設(shè)計(jì)DDS系統(tǒng)具有很高的性價(jià)比。

同類課題研究水平概述

信號(hào)發(fā)生器是一種最悠久的測(cè)量?jī)x器，早在20年代電子設(shè)備剛出現(xiàn)時(shí)它就產(chǎn)生了。隨著通信和雷達(dá)技術(shù)的發(fā)展，40年代出現(xiàn)了主要用于測(cè)試各種接收機(jī)的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)發(fā)生器，使信號(hào)發(fā)生器從定性分析的測(cè)試儀器發(fā)展成定量分析的測(cè)量?jī)x器。同時(shí)還出現(xiàn)了可用來(lái)測(cè)量脈沖電路或用作脈沖調(diào)制器的脈沖信號(hào)發(fā)生器。由于早期的信號(hào)發(fā)生器機(jī)械結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，功率比較大，電路比較簡(jiǎn)單，因此發(fā)展速度比較慢。但在現(xiàn)代工業(yè)自動(dòng)化系統(tǒng)中，經(jīng)常用到信號(hào)發(fā)生器，其在各個(gè)領(lǐng)域發(fā)揮著重要的作用。隨著電子測(cè)量及其他部門對(duì)各類信號(hào)發(fā)生器的廣泛需求及電子技術(shù)的迅速發(fā)展，促使信號(hào)發(fā)生器種類日益增多，性能日益提高，尤其隨著70年代微處理器的出現(xiàn)更促使信號(hào)發(fā)生器向著自動(dòng)化、智能化發(fā)展，但還是存在一些問(wèn)題。直到近年來(lái)現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列（FPGA）技術(shù)得到快速的發(fā)展和廣泛的應(yīng)用，其資源容量、工作頻率以及集成度都得到了極大的提高，使得利用FPGA實(shí)現(xiàn)某些專用數(shù)字集成電路得到了大家的關(guān)注，而基于FPGA實(shí)現(xiàn)的信號(hào)發(fā)生器和以前相比有著靈活的接口和控制方式、較短的轉(zhuǎn)換時(shí)間、較寬的寬帶、以及相位連續(xù)變化和頻率分辨率較高等優(yōu)點(diǎn)，比起專用芯片功耗也低，為信號(hào)發(fā)生器的發(fā)展提供了一種新的設(shè)計(jì)方法和思路。
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