论文总字数：17246字

摘 要

随着时代不断地变化，电子技术在如今社会已经起到了至关重要的作用，其中必不可缺的就是信号发生器，FPGA就是近几年信号发生器的芯片衍生品。本系统首先在软件方面利用了FPGA技术结合DDS，将系统分成按键模块、波形选择模块、频率调整模块、显示模块和波形合成模块，把复杂的过程分成简单的步骤，再结合软件Quartus和VHDL语言，利用硬件的方式证明了实际的可操作性，从软硬件层面实现了任意波形发生器，其中运用的核心是DDS技术，可以设计出任意波形并且具有可调控性程度高、操作难度低、经济实惠等优点。

关键词：直接数字频率合成,FPGA,DDS,QuartusⅡ,VHDL

Abstract: With the changing times, electronic technology has played a vital role in today"s society, among which signal generator is indispensable. FPGA is the chip derivative of signal generator in recent years. Firstly, the system uses the technology of FPGA and DDS in software, and divides the system into key module, waveform selection module, frequency adjustment module, display module and Block and waveform synthesis module.It divides the complex process into simple steps. Combined with software Quartus and VHDL language, the practical operability is proved by hardware. Arbitrary waveform generator is realized from the software and hardware level. The core of the module is DDS technology, which can design arbitrary waveform with high controllability, low operation difficulty and economic benefits. Point.

Key words: direct digital frequency synthesis, FPGA, DDS, Quartus II,VHDL

目录

1 前言 4

1.1论题背景以及研究意义 4

1.2 国内外研究现状 4

2系统方案介绍 5

2.1FPGA介绍 5

2.2DDS简介 6

2.3 DDS原理 7

3模块设计 8

3.1按键模块 8

3.2波形选择模块 10

3.3频率调整模块 10

3.4频率显示模块 11

3.5 DDS波形合成模块和DA转换模块 13

4顶层原理图设计与仿真 15

4.1顶层原理图 15

4.2系统仿真 15

结论 17

参考文献 18

致谢 19

附录A 20

附录B 20

1 前言

1.1论题背景以及研究意义

信号源在如今的电子信息领域运用颇广，在电子领域中有着举足轻重的地位，促使系统在结构和性能方面有了飞跃性的进步，传统信号源以振荡器为核心，振荡器结构比较简单，输出的波形也比较单一，不能满足现在时代的需要，再加上设备陈旧体积较大操作起来比较繁琐而且准确度、灵敏度较差，因此，新型的信号源在此刻随着时代的需求也应运而生。

频率合成技术是如今信号源是否先进的重要因素，随着电子信息领域中微电子技术与数字合成技术日益成熟，部分人提出的直接数字频率合成技术逐渐取代了传统的信号源，它将数字信号处理其中的理论与实际完美结合和它具有很多传统信号源所达不到的优点，比如：稳定性好、频率高、方便操作、便于携带等等，使得电子信息领域逐渐进步。

DDS（直接数字频率合成技术）的发展是不顺利的，在刚刚讨论出来的时候就有着面对着对于自己投入到实际应用的两大问题：DDS自身具有速度限制，数字化带来的噪声。近几年通过对DDS技术的不断完善才使DDS的最大频率和噪声控制趋于稳定，然后才不断的投入实际应用，比如：实时模拟仿真高精度信号、实现各种复杂信号的调制、实现频率精调，作为理想频率源等等。

1.2 国内外研究现状

自从1980年来，因为当时的其他技术局限，对DDS技术的研究已经成为当时的主要任务，考虑到直接数字频率合成在电子信息领域具有着举足轻重的作用，所以形成了全世界都在研究DDS的一种趋势。

传统的信号发生器是由硬件组成，这样的传统信号发生器由于技术局限，导致了波形质量较差，失真也比较严重，能够用模拟适用的场景很少，已经无法供应那时候复杂的电路产生的波形，总的来说性价比很低。函数信号发生器是新一代产品，它介于相位连续地变换使得频率稳定、波形不失真，同时对频率、相位、幅度以致波形的动态掌控，使得它广泛地应用于各个场景。

在国内外的研究进程中，也遇到了一些问题，比如输出信号的杂散比较大还要输出带宽受到限制。这两个问题是由于那时技术的局限性所以解决不了。渐渐地有人提出来通过增加ROM长度减小相位误差来减小杂散，增长ROM的字长减小D/A量化误差，但是对ROM的操作也是有上限的，而且不能得到最好的结果，国内外专家研究表示，当这个方法行不通的时候，可以通过采样的方式降低带内误差功率，利用随机抖动提高无杂散范围。

二十世纪时期，集成电路发展缓慢，传统的信号发生器主要作为简单的测试手段，没有过多的投入实际应用，然后软硬件结合难度的技术壁垒又让集成电路的发展停滞不前，通过微电子处理器的出现，才使得软硬件结合成为可能，但是昂贵的代价也无法投入量产。二十一世纪初，集成电路技术才算打到高速发展时期，尤其是DDS芯片的推出将集成电路带入了一个新的发展高度。如今科技力量早就成为了衡量国家竞争力的主要标准，电子信息领域也是日新月异，越来越多的技术也将不断在生活中得到使用，社会的便捷也将由此打造。

2系统方案介绍

2.1FPGA介绍

本系统设计是以FPGA为核心来实现频率的调控与显示，利用直接频率合成技术，实现信号波形的输出显示，系统框图如下图2-1所示。由FPGA输出波形数据，利用DA转换电路将数字信号转换为模拟信号，再通过低通滤波器除去波形里的噪声，输出的波形将是需要的不失真的波形。

图 2-1 系统框图

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