直接数字合成的技术原理与实现

直接数字合成的技术原理与实现

论文摘要

直接数字频率合成(DDS)是七十年代初提出的一种新的频率合成技术,其数字结构满足了现代电子系统的许多要求,因而得到了迅速地发展。现场可编程门阵列器件(FPGA)的出现,改变了现代电子数字系统的设计方法,提出了一种全新的设计模式。本文主要介绍了直接数字合成技术的基本原理和广泛应用前景,以使用FPGA芯片实现正弦波信号为例,阐述直接数字合成这项技术在工程设计中的实现方法和关键技术。在本文的设计实例中,采用数字坐标旋转(CORDIC)算法实时计算正弦值替代传统的DDS采用的正弦查找表(LOOK-UP TAB)法,实时运算模块生成信号的幅值,节约了FPGA的资源,增加了系统的灵活性,极大的提高了DDS的频率和相位分辨率,从而显著的扩展DSS技术的应用范围,经仿真和实验验证,证明该处理方法是可行的和有效的;运用流水操作的原理来实现多通道可控的正弦波,多路信号尽可能多地共用运算资源,流水作业,系统结构紧凑,这样的设计使得在一个计算硬件的条件下获得多路波形信号,减少硬件成本,缩小产品的体积;对CORDIC的运算信号幅值结果进行了有效的平滑纠错处理,在确保信号生成实时性的同时,剔除了正弦波波极点处的野值。本文主要分四个部分。第一部分是第一章,介绍直接数字合成(DDS)技术的概念及研究意义,叙述目前国内外的技术水平,简要介绍课题研究的主要内容。第二部分是包括第二章和第三章,从理论方面介绍直接数字合成(DDS)技术和数字坐标旋转算法(CORDIC)的原理以及技术特点。第三部分是包括第四章和第五章,介绍在工程实例中设计实现所需要波形信号的过程和结果。第四部分是第六章,对本课题的研究结果和创新进行了总结。我们的课题成果已经运用在在工程项目中,达到了预期的设计要求。

论文目录

  • 摘要
  • ABSTRACT
  • 1 概述
  • 1.1 DDS 概念及研究意义
  • 1.2 DDS 技术在武器系统中应用的现状
  • 1.3 DDS 国内外发展状况
  • 1.4 课题研究的主要内容和特点
  • 2 DDS 的工作原理、特性及目前实施方案
  • 2.1 DDS 工作原理
  • 2.2 DDS 技术特性
  • 2.2.1 技术优点
  • 2.2.2 DDS 技术局限性
  • 2.3 实现DDS 的三种技术方案
  • 3 CORDIC 算法
  • 3.1 CORDIC 算法概念
  • 3.2 CORDOC 算法基本原理
  • 3.3 CORDIC 算法的实现
  • 3.3.1 CORDIC 处理器的预处理与后处理
  • 3.3.2 CORDIC 算法的FPGA 实现
  • 4 工程实例中DDS 的设计方法与步骤
  • 4.1 电路设计
  • 4.1.1 芯片的选型
  • 4.1.2 电路原理设计
  • 4.1.3 电磁兼容设计
  • 4.2 逻辑设计
  • 4.2.1 DSP 指令处理
  • 4.2.2 角度计算与逻辑控制的实现
  • 4.2.3 CORDIC算法的实现
  • 4.2.4 设计中关键参数的确定
  • 4.3 DDS 信号的质量控制
  • 5 仿真与实验结果分析
  • 5.1 查表法求SIN 值DDS 设计仿真过程
  • 5.2 利用CORDIC 算法求SIN 值DDS 设计仿真过程
  • 5.2.1 设计的可行性仿真
  • 5.2.2 CORDIC 运算精度仿真
  • 5.2.3 控制模块对CORDIC 模块控制效果
  • 5.2.4 控制模块分时控制8 通道效果
  • 5.2.5 生成的单通道SIN 波形信号
  • 5.2.6 生成的双通道SIN、COS 波形信号
  • 6 总结
  • 参考文献
  • 附录
  • 致谢
  • 攻读学位期间发表的学术论文
  • 相关论文文献

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