基于SOPC的DDS函数信号发生器的设计

论文摘要

DDS是从相位概念出发直接合成所需波形的一种新的频率合成技术,标志着第三代频率合成技术的出现。课题研究了采用SOPC方案设计DDS函数信号发生器。频率合成采用DDS技术,利用DSP Builder建立正弦波、方波、锯齿波、三角波、调幅波、调频波、调相波、二进制幅移键控波、二进制频移键控波和二进制相移键控波的DDS模型,采用Signal Compiler工具生成VHDL文件,在QuartusⅡ工程中生成一个可调用的DDS元件。在QuartusⅡ工程中,将DDS元件、NiosⅡ软核处理器和PLL电路设为工程的顶层实体,设置FPGA的型号后重新编译工程,生成FPGA硬件的配置文件,完成FPGA硬件电路的设计。FPGA的硬件电路和FPGA外围的Flash电路、SDRAM电路、DAC电路、LPF电路、功率放大电路、LCD显示电路、键盘电路、配置电路、时钟电路、复位电路和电源电路构成DDS函数信号发生器的硬件电路。软件的开发利用NiosⅡ IDE平台,采用C语言编程。程序编译、调试／运行成功后,使用Flash Programmer编程将FPGA的硬件配置文件下载到EPCS配置芯片,软件的可执行文件下载到Flash存储器。实验证明：应用SOPC方案实现的DDS函数信号发生器具有频率分辨率极高、频率转换快、频率合成范围宽、相位变化连续、较低的相位噪声、较低的相位漂移、灵活性好、研制周期短和生命周期长等优点。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 课题研究背景
• 1.1.1 频率合成技术的发展及现状
• 1.1.2 函数信号发生器的发展及现状
• 1.2 国内外研究现状
• 1.3 课题研究的内容
• 1.4 课题研究的意义
• 1.5 本文的结构
• 第二章 DDS函数信号发生器的整体设计
• 2.1 DDS函数信号发生器的功能及指标
• 2.2 设计方案的论证与选择
• 2.3 SOPC技术
• 2.3.1 NiosⅡ软核处理器
• 2.3.2 Avalon总线
• 2.3.3 NiosⅡ的外围设备
• 2.3.4 SOPC系统的开发流程
• 2.4 DDS函数信号发生器的组成框图
• 第三章 DDS模型的建立及仿真
• 3.1 DDS的基本原理及特点
• 3.1.1 DDS的基本原理
• 3.1.2 DDS的特点
• 3.2 正弦波的DDS子模型的建立及仿真
• 3.3 常用波的DDS子模型的建立及仿真
• 3.4 模拟调制波的DDS子模型的建立及仿真
• 3.5 数字调制波的DDS子模型的建立及仿真
• 3.6 DDS函数信号发生器的DDS模型的建立及仿真
• 第四章 DDS函数信号发生器的硬件设计
• 4.1 DDS函数信号发生器的硬件电路框图
• 4.2 FPGA硬件电路的设计
• 4.2.1 NiosⅡ软核处理器
• 4.2.2 DDS电路
• 4.2.3 PLL电路
• 4.2.4 生成FPGA硬件电路的配置文件
• 4.3 FPGA外围电路的设计
• 4.3.1 Flash电路
• 4.3.2 SDRAM电路
• 4.3.3 DAC电路
• 4.3.4 LPF电路
• 4.3.5 功率放大电路
• 4.3.6 键盘电路
• 4.3.7 LCD显示电路
• 4.3.8 时钟电路
• 4.3.9 配置电路
• 4.3.10 复位电路
• 4.3.11 电源电路
• 第五章 DDS函数信号发生器的软件设计
• 5.1 HAL系统库
• 5.1.1 HAL系统库的结构
• 5.1.2 使用HAL开发应用程序
• 5.2 程序设计
• 5.2.1 主程序
• 5.2.2 DDS参数发送子程序
• 5.2.3 按键处理子程序
• 5.2.4 LCD显示子程序
• 第六章 系统验证与误差分析
• 6.1 系统验证
• 6.2 误差分析
• 第七章 总结与展望
• 参考文献
• 附录
• 附录1 FPGA硬件电路图
• 附录2 主程序
• 附录3 DDS参数发送子程序
• 附录4 按键处理子程序
• 附录5 LCD显示子程序
• 附录6 系统头文件程序
• 致谢
• 攻读学位期间主要的研究成果