本科毕业设计论文
基于 FPGA 的数字频谱分析仪设计
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专 业：
指导教师：
二〇〇六年五月
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目 录
摘要 ..............................................................................................................................i
Abstract........................................................................................................................ii
第一章 系统设计 .......................................................................................................1
1.1 常用频谱分析方式简介...................................................................................1
1.1.1 模拟式频谱分析仪 ....................................................................................1
1.1.2 数字式频谱分析仪 ....................................................................................2
1.2 本系统采用方案................................................................................................3
1.3 统组成与工作原理............................................................................................4
1.3.1 DDS(直接数字频率合成)原理...................................................................4
1.3.2 数字滤波器原理 ........................................................................................5
1.3.3 数字下变频原理 ........................................................................................6
1.3.4 模拟示波器显示原理 ................................................................................8
1.4 理论分析与参数计算.......................................................................................8
1.4.1 AD 采样频率............................................................................................8
1.4.2 扫频步进 ..................................................................................................8
1.4.3 FIR 低通滤波器参数设计 .......................................................................9
1.4.4 示波器显示相关参数设计 ....................................................................10
1.4.5 数字检峰 ................................................................................................10
1.5 硬件设计..........................................................................................................10
1.5.1 信号采集电路 ..........................................................................................10
1.5.2 运算核心设计 ..........................................................................................10
1.5.3 控制核心设计 ..........................................................................................11
1.5.4 示波器显示部分设计 ..............................................................................12
1.5.5 供电设计 ..................................................................................................13
1.6 软件设计..........................................................................................................14
1.6.1 单片机部分 ..............................................................................................14
1.6.2 FPGA 部分 ................................................................................................15
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II
第二章 系统测试 .....................................................................................................19
2.1 频谱测试系统组成.........................................................................................19
2.2 测试方法与数据.............................................................................................19
2.2.1 单频信号的频谱测试 ..............................................................................19
2.2.2 调幅信号的频谱测试 ..............................................................................20
2.3 测试结果分析 ..............................................................................................20
第三章 结 论 .........................................................................................................21
致 谢 .......................................................................................................................22
附录 A System Generator 设计图............................................................................24
附录 A 电路原理图..................................................................................................25
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摘要
本文介绍了以 Xilinx Virtex-II FPGA 和凌阳 16 位单片机作为核心器件，辅
以 Xilinx 公司提供的硬件 DSP 高级设计工具 System Generator，设计数字式外
差频谱分析仪。该系统前端利用高性能 AD 对被测信号进行采集，利用 FPGA
高速、并行的处理特点，利用 System Generator 在 FPGA 内部完成数字混频，
数字滤波等 DSP 算法。最后通过双路 DA 将频谱显示在模拟示波器上。单片机
是整个系统的核心控制器件，根据从键盘接收的数据控制整个系统的工作，包
括控制 FPGA 工作以及控制双路 DA 在模拟示波器屏幕上描绘频谱图。人机接
口使用了 128
´
64 点阵液晶和 4
´
4 键盘。本系统运行稳定，功能齐全，人机界
面友好。
关键词：频谱分析 FPGA 数字下变频 DDC Xilinx
System Generator
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Abstract
This design is implemented Xilinx Virtex-II FPGA and Sunplus SPCE061A
16-bit Micro Controller & Signal Processor as the main controller. With the useful
DSP design tools called System Generator ， We realized the digital
super-heterodyne spectrum analyzer .System includes following function modules:
digital mixing， DDS(direct digital frequency synthesize)， FIR filters based on
FPGA. SPCE061A is the control core of this system. The system runs stability and
has friendly interface.
Keywords:Frequency spectrum analyze FPGA DDC Xilinx
System Generator
