基于FPGA的DDS基本信号发生器的设计

2012-09-03 21:52:48来源: 电子元器件应用 关键字:FPGA  DDS
   

摘要:本设计基于DDS原理和FPGA技术按照顺序存储方式,将对正弦波、方波、三角波、锯齿波四种波形的取样数据依次全部存储在ROM波形表里,通过外接设备拨扭开关和键盘控制所需波形信号的输出,最终将波形信息显示在LCD液晶显示屏上。各硬件模块之间的协调工作通过嵌入式软核处理器NiosⅡ用编程实现控制。本设计所搭建的LCD12864控制器是通过编程实现的IP核。
关键词:DDS;FPGA技术;顺序存储;NiosⅡ;IP核

    DDS(DiFeet Digital Frequency Synthesis)即直接数字式频率合成,是从相位概念出发直接合成所需波形的一种频率合成技术。与传统信号源所采用的用模拟方式生成信号不同,它是将先进的数字信号处理理论与方法引入信号合成领域。DDS技术在精确度、灵活度等方面都超过模拟信号发生器。并且DDS可实现相位连续变化,且具有良好频谱的信号,这是传统方法无法实现的。
    FPGA的迅速发展为DDS提供了更加优良的技术手段,它具有处理速度快、可靠性高等特点。SOPC(System On Programmable Chip,片上可编程系统)是一种灵活、高效的SOC解决方案。它以IP Core为基础,将处理器、存储器、IO口等系统设计需要的功能模块集成到一个FPGA器件上,构建成一个可编程的片上系统,具有灵活的设计方式。本设计综合以上软硬件可编程协同设计技术,使得DDS电路在灵活性,可行性,精确性等方面得到很大提高。

1 DDS的基本原理
    DDS信号发生器是由:频率控制字、相位累加器、ROM表、D/A转换器以及模拟低通滤波器LPF组成,原理框图如图1所示。

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    首先对波形的一个周期进行连续采样,通过计算得到每一点对应的幅度值,然后以二进制格式存放在数据文件中。在时钟脉冲fclk驱动下,每个时钟周期内频率控制字与相位累加器累加一次,产生ROM查找表的地址值,随后通过查表变换,地址值被转化为信号波形的数字幅度序列,即可得到幅度上离散的波形,再由数模变换器(D/A)将表示波形幅度的数字序列转化为模拟量。最后经由LPF将D/A输出的阶梯状波形平滑为所需的连续波形。理论上,采样点数越多,生成波形精确度越高。

2 基于FPGA的DDS设计
    本设计在Altera的EP2C35F672C8芯片的基础上,在SOPCBuilder和OuartusⅡ开发环境下,利用SOPC技术,在FPGA中集成Altera的嵌入式软核处理器NiosⅡ和其他外设,将硬件系统与软件集成在单一可编程芯片中,从而实现片上的系统级设计。系统框图如图2所示,由DDS基本单元(由频率控制字,相位累加器,ROM,DAC,LPF构成),FPGA外部硬件资源(拨扭开关SWTCH、键盘KEY、LCD12864)和NiosⅡ处理器系统等构成了基本电路。四位拨扭开关选择输出波形,键盘控制输出波形信号频率,LCD12864显示波形信号参数,各硬件模块之间的协调工作通过NiosⅡ微处理器在图形化开发环境NiosⅡIDE下用C语言来编程实现控制。

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关键字:FPGA  DDS

编辑:北极风 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/FPGA/2012/0903/article_3141.html
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北京航空航天大学教授,国内最早从事复杂数字逻辑和嵌入式系统设计的专家。

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