论文研究-基于FPGA的任意波形合成器 .pdf

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基于FPGA的任意波形合成器,刘平,王飞,本文介绍了直接数字频率合成器(DDS)的设计原理,给出了基于Altera的FPGA器件的设计方案、程序实现和仿真结果。
国科技论又在线 http://www.paper.edu.cn 的抽样幅值。N位的寻址ROM相当于把0360°的正弦信号离散成具有2N个样值的序列, 若波形ROM有D位数据位,则2N个取样值的幅值以D位二进制数值固化在ROM中,按 照地址的不同可以输出相应相位的正弦信号的幅值。 难位量化序列 ROM 波形幅度量化序列 (波形存储器 地址) (嶔据 图1.3相位-度变換原理图 Altera公司的FPGA,ROM表的尺寸随着地址位数或数据位数的增加成指数递增关系, 为了节省FPGA的资源,我们可以利用信号的奇偶对称性和算术关系来减少EAB的开销。 对于正弦信号而言可以采用了以下的优化方式:正弦波信号关于x=π直线成偶对称,基于 此可以将ROM表减至原来的1/2,再利用左半周期内,波形关于点(π/2,0)成奇对称 进步将ROM表减至最初的14,因此只需通过个止弦码表的前14周期就可以变换得 到正弦波的整个周期码表。在实际中具体的实现方汯如下,我们在存储器中存储了1/4周期 的信号(第一象限),用12位相位序列的低10位去寻址,高两位当做象限信息,“00”为第 象限,“01”为第Ⅱ象限,“10”为第Ⅲ象限,“11”为第Ⅳ象限。电路中用异或门逻辑来实现 奇偶对称变换叫。这样就节省了将近3/4的资源,是非常可观。实际上周期信号都可以做类 似的处理来节省ROM资源的开销。 转换器 DA转换器的作用是把合成的正弦波数字量转化成模拟量。止弦幅度量化序列S(n)经 D/A转化后变成了包络为正弦波的阶梯波S()。需要注意的是,频率合成器对D/A转换器的 分辨率有一定的要求,D/A转换器的分辨率越高,合成的正弦泼S(t)台阶数就越多,输出的 波形的精度也就越高。 低通滤波器 对DA输出的阶梯波S(t)进行频谱分析,可知S(t)中除主频fo外,还存在分布在f, 2fc..两边±fo处的非谐波分量,幅值包络为辛格函数。因此,为了取出主频f,必须在 DA转换器的输出端接入截至频率位c2的低通滤波器。 程序的实现与系统仿真 夲设计在 quartusII软件下完成,利用软件提供的参数化宏功能模坎库(IMP),通过 改变LMP中模块的某些参数,可以达到设计要求。实现电路如图2.1所示。其中 f。==8192MHz,K、P、W均为12位二进制数,波形仔储器的地址位为10位,数据位 为11位,频率步进Ⅴffmm=f6/2=2KHz,此时K=1 国科技论又在线 http://www.paper.edu.cn 图2.1FPGA内部DDS实现电路 仿真在 Modelsim se60软件下完成,在kl=1,pl=0,wl=0的条件下产生的波形 WAVEOUT和在k2=8,p2=2048,w2=0的条件下产生的波形 WAVEOUT2无论是相位还是 频率都有着眀显的区别,仿真结果如图2.2所示。仿真结果表明,该频率合成器达到了预期 的设计要求,能够实现对频率和相位的控制,其性能指标也优于传统的合成器。 2 Dds hd ycc k: cp dd3 hd vcc k3: 田小veuk 战ee48上 OcE E9 f 小_uve_b点 图2.2仿真结果 结束语 采用 FPGA设计的DDS电路,能产生各种形状的波形,具有很大的灵活性,且电路 结构简单,其生成的波形同一般的波形发生器生成的波形相比,具有波形平滑、无毛刺、波 形稳定度高、频率稳定度和分辨率高等优点,只有广泛的应用前景 参考文献 1]张厥盛,曹丽娜.锁相与频率合成技术.成都:电子科技大学出版社 [2]A Direct-Digital Synthesizer with Improved Spectral Performance, IEEE Tran. On Communication. Vol 39 No 7. July 1991 [3]徐立成.直接数字合成技术的应用.舰用雷达和对抗,1991(2) 4] Altera Inc DATA BOOK. Altera Corporation 2001 [S]夏宇闻.复杂数字电路与系统的Ⅴ erilog hDL设计技术,北京:北京航空航天大学出版社,1998 4 国科技论又在线 http://www.paper.edu.cn Liu Ping, Wang Fei, Wei miaofei School of Electronic Engineering, xidian University, Xi'an(710071) DeLong Electronic Lid, Xi'an (710071) The principle of Direct Digital Frequency Synthesis is introduced. a design, the method of program realization and the result of simulation based on fpga of alteras are introduced. too Direct Digital Frequency Synthesis(DDS), Field Progarammable Gate Array(FPGA)

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