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基于FPGA实现DDS技术的波形发生器的研究
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2013-06-02
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基于FPGA实现DDS技术的波形发生器的研究,很好地学习资料,你值得一看!
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基于可编程逻辑器件实现任意
波形发生器
摘要:
本文介绍了一种基于 EDA(电子设计自动化)技术及可编程逻辑器件设计
的任意波形发生器,运用直接数字频率合成技术(DDS 技术)的基本工作原理,
通过 Quartus II 5.1 软件和 VHDL 语言编程,对硬件结构和工作方式进行重构,
再由可编程逻辑器件控制数据的输出,经 D/A 转换器转换成相应模拟信号。在
设计过程中,以 Altera 公司的 fpga 芯片为设计器件。讨论了 DDS 技术的基本组
成结构、工作原理和特点
关键词:
电子设计自动化 可编程逻辑器件 任意波形发生器 直接数字频率合成
技术(DDS 技术)
1
目 录
引言………………………………………4
1 方案的选择与比较……………………6
1.1.方案比较……………………………..6
1.2.方案的选择…………………………..6
1.3.实现 DDS 的三种技术方法…………7
1.4.总体设计思路………………………..8
2 具体系统设计………………………....8
2.1 正弦波的设计……………………….9
2.2 三角波的设计………………………13
2.4 锯齿波的设计………………………15
2.5 方波的设计…………………………16
2.5 波形选择与控制的设计……………17
3 设计结果与理论设计的比较………...20
4 结束语………………………………...20
致谢
2
引言
通过这一段的学习,我完成了从对 FPGA 不懂到利用到实际项目中去
过渡,中电网的培训使我更好的驾驭这种工具,在此感谢各位老师.通过这一
段的学习我总结 FPGA/CPLD 在产品应用中有不可比拟的优势:
1 快速设计开发, FPGA/CPLD 极大的灵活行,使其在缩短设计时间上有
很大的优势,对一个新的项目有时可以不需要对硬件进行任何修改,这
是利用单片机单独实现的系统上难以完成的;
2 设计弹性: 由于 FPGA/CPLD 的规模和容量不断的提高,从而提高了设
计系统时的弹性,可以根据用户的实际情况和要求做相应的修改;设计
资源丰富,随着 FPGA/CPLD 行业的发展,其设计资源也随之剧增,而且
可以很快找到已实现的系统的简要说明;
3 提供良好升级性能。FPGA/CPLD 具有较强的软件升级功能,利用业
界标准的 HDL 和 FPGA/CPLD 制造商提供的基于平台和工具集方法的
工具,可以很方便地实现软件在各代 FPGA/CPLD 中的无缝移植。在
硬件升级方面,FPGA/CPLD 顾名思义就是现场可编程,因而能轻松
升级,很好地满足需求变化,延长了产品寿命,有助于网络设备跟踪
标准和协议的持续变化。
4 提供高抗扰能力。FPGA/CPLD 的串行连接技术可以减少引脚数量、
减小接头尺寸、降低电磁干扰辐射(EMI)、提高信号完整性和更好地
抵抗噪声,从而大大提升了系统的抗干扰能力,非常适用于对电磁辐射
安全有特殊要求的应用环境。
综上所述,EDA 技术和 FPGA/CPLD 的发展,不仅可使系统的体积小、重
量轻且功耗低,更重要的是可使系统的可靠性大大提高。另外,伴随着微控制器
技术(mcu\dsp)的发展,我个人认为,两种技术必将走向融合的道路,这种趋势在
ATMEl 公司推出的 FPSILC 芯片已经体现.
FPGA/CPLD 普及的另一个重要原因是 IP(知识产权)越来越被高度重视,
3
带有 IP 内核的功能模块在 ASIC 设计平台上的应用日益广泛。越来越多的设计
人员,采用设计重要,将系统设计模块化,为设计带来了快捷和方便。并可以使
每个设计人员充分利用软件代码。提高开发效率,减少应市时间,降低研发费用,
缩短研发周期,降低风险。这是研究 EDA 技术必须关注的问题。在电子设计技
术领域,可编程逻辑器件的广泛应用,为数字系统的设计带来极大的灵活性。高
集成度,高速和高可靠是 CPLD/FPGA 最明显的特点。由于 CPLD/FPGA 的集成
规模非常大,可利用先进的 EDA 工具进行电子系统设计和产品开发,在超高速
战速决应用领域和实时测控方面有非常广阔的应用前景。
本论文就利用 FPGA/CPLD 器件实现 DDS(直接数字频率合成)技术,来验
证 FPGA/CPLD 的优越性.
DDS(直接数字频率合成)技术是一种先进的频率合成技术,有着易于控制、
相位连续、输出频率为难顶度高、分辨率高等特点。DDS 完全不同于我们已经
熟悉的直接频率合成技术和锁相环频率合成技术,他的基本原理是采样定理,通
过查表法产生波形,并且随着大规模集成电路技术的飞速发展,其优越性逐步显
现出来
在现代电子测量仪器中,任意波形发生器(Arbitrary Waveform Generator,
简称 AWG)作为最新一类的信号源,正日益受到人们的重视,国内外的许多科
研单位和高等院校也纷纷着手研制 AWG。但目前使用的 AWG 大部分是利用分
立元件实现的,体积大、可靠性差、准确度低。本文是一种采用基于 FPGA/CPLD
实现的 AWG 设计方法,用一片 FPGA/CPLD 完成几十片 MSI(Middle Scale
Integration,中规模集成)电路才能完成的任务,并且波形合成采用了 DDS(Direct
Digital Synthesis)技术。在设计过程中,通过运用 Quartus II 5.1 软件和 VHDL
编程语言,可以进行软件模拟检测设计的正确性,大大简化了系统结构,降低了
成本,提高了系统的性能和可靠性。
1 方案的选择与比较
1.1 方案比较
要实现任意波形发生器有以下方案
a 方案一:采用单片机函数发生器(如 8038),8038 可同时产生正弦波、脉冲波,
方法简单易行;用 D/A 转换器的输出来改变调节电压,也可以实现数控调整频
4
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资源评论
- vampirezac2015-06-07内容比较详细 学一下里面的思想
- lan87002013-08-04内容一般般,不过免金币
鬼谷清泉
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