1、本科毕业设计 (论文 )开题报告 电子信息 工程 DDS 信号发生器的 FPGA 实现 一、课题研究意义及现状 近年来，通信技术特别是无线电通信技术取得了突飞猛进的发展，与此同时通信、雷达、电子对抗、导航、广播电视、遥控遥测、仪器仪表等各领域的专用信号源获得了长足的发展，表现为载波调制方式趋于多样化，从调幅、调频、调相到脉冲调制。如果采用多台信号源获得所需要的信号显然是很不方便的。因此需要研制一种新型的信号源，使其能够产生任意频率的载频信号和多种调制信号，这就要靠直接数字合成 (DDS， Direct DigitalSynthesize)技术来实现。 针对 DDS的相位截断误差、 DAC的幅度
2、量化误差和 DAC的非理想特性引入的杂散各国专家已经通过自己的不懈努力使许多问题得到了解决，如通过增长波形ROM的字长可以减小相位截断误差，通过增加波形 ROM的深度可以减小 DAC的幅度量化误差。在比较新的 DDS芯片中普遍都采用了 12位的 DAC，有的甚至采用 14位的DAC。当然一味靠增加波形 ROM的字长和深度来减小杂散对性能的提高总是有限的。国内外学者在对 DDS输出的频谱做了大量的分析以后，总结出了误差的频域分布规律并建立了误差模型，在分析 DDS频谱特性的基础上又提出了一些降低杂散功率的方法：可以通过采样的方法降低带内误差功率，可以用随机抖动法提高无杂散动态范围 (对相位累加器
3、输出的寻址地址位的低位加扰，从而把周期性的杂散分量打散使之均匀化 )。此外随着集成电路制造工艺的逐步提高，通过采用先进的工艺和低功耗的设计，数字集成电路的工作速度已经有了很大的提高。现在最新的 DDS芯片工作频率已经可以达到 1GHz。这样就可以产生频带比较宽的输出信号了。 目前， DDS 实现的方法有很多，比如专业的 DDS 芯片，基于单片机的 DDS 实现等等， 但 FPGA 实现的 DDS 技术 实现 在某些方面存在着 DDS 芯片不能 取代的优势 ， 用 FPGA 实现 DDS 技术比较灵活，可以产生多种调制方式，多种组合方式并且可以实现多个 DDS 芯片的功能，更加集成。专用的 DD
4、S 芯片在控制方式、置频速率等方面与系统的要求差距很大，这时如果用高性能的 FPGA 器件设计符合自己需要的 DDS 电路就是一个很好的解决方法，而且还可以降低外国对高性能 DDS芯片禁运的风险。 二、课题研究的主要内容和预期目标 DDS采用全数字化结构，在相对带宽、频率转换速度、相位连续性、高分辨率及集成化等一系列性能指标方面都高于传统 频率合成技术，可为系统提供优于模拟信号源的性能 .本设计主要针对 DDS信号发生的原理 ,通过 EDA技术以及QuartusII平台来完成 DDS信号发生器的设计 ,通过 Altera的 CycloneIII器件来实现信号的输出 ,并通过 DA和平滑滤波 ,
5、得到最终的信号 预计达到的指标 : 1、 输出信号可调范围为： 01MHz 2、 输出可调频率步进为 1Hz。 3、 能输出多种波形，正弦波，三角波，锯齿波，方波。 三、课题研究的方法及措施 本项目的研究主要通过阅读大量的资料 , 需要 DDS系统的结构，数字频率合成的种类并掌握 DDS的定义 、 特点 、 应用领域以及产生原理，以及 EDA技术的原理 。利用 EDA技术和 QuartusII平台来设计实现 DDS信号发生器 , 通过下载到 ALTERA的CycloneIII EP3C25Q240 器件中，并通过 DAC电路输出模拟信号波形 ,最后经过滤波器平滑输出。 DDS发生器模块是本设计
6、的难点 ,特别是需要产生高频信号的时候 ,会受到波形储存 ROM的大小 ,以及后级模拟电路的设计的有略的影响 .通过阅读大量相关的文献 ,掌握 EDA开发流程 ,掌握 DDS设计原理 ,并在后期通过不断的调试是整个系统趋于完美 ,完成 DDS信号发生器的设计 。 主要功能模块 :相位累加器 ,波形查询表 (ROM),DAC模块 ,滤波模块 ,如下图所示。 四、课题研究进度计划 毕业设计期限：自 2011 年 10 月至 2012 年 4 月初。 第一阶段（ 2周）： 分析任务，收集直接数字频率合成、 FPGA， VHDL语言、数模转换及滤波电路 等的资料。 了解 EDA技术相关知识 ，掌握基于
7、 VHDL/FPGA的可编程逻辑器件设计方法，初步设定 FPGA实现 DDS的设计方案。 第二阶段（ 2 周）： 完成外文翻译，文献综述，开题报告，做好开题答辩的幻灯片，准备开题答辩。 第三阶段（ 3 周）： 开始 DDS信号 发生器 的设计， 分模块进行，初步完成代码设计，并完成 DAC 电路和滤波电路的 PCB 设计 第四阶段（ 3 周）： 开始写论文，写好初稿，采用 Quartus 软件完成系统 VHDL程序设计，通过不断的调试，完善系统功能 。 第五阶段（ 2 周）：撰写设计报告与论文设计作品完善，论文修改，准备答辩。 五、参考文献 1 刘晨 ,王森章 .直接数字频率合成器的设计及 F
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9、邮电出版社 ,2005. 8 田新广 ,李琳 ,张尔扬 .直接数字式信号合成中的波形设计与频谱 分析 J.无线电通信技术 ,2000. 9 董绍平 ,陈世耕 ,王洋 .数字信号处理 (修订版 ) M哈尔滨 :哈尔滨工业大学出版社 ,1989. 10曹志刚 ,钱亚生 .现代通信原理 M.北京 :清华大学出版社 ,2000. 11褚振勇 ,翁木云著 .FPGA 设计与应用 M.西安电子科技大学出版社， 2002.7. 12潘松 ,黄继业 .EDA 与 VHDL 语言 M.科技出版社 ,2005. 13维迪姆 ,迈纳塞维奇著，郑绳楦等译频率合成器 理论与设计 M.北京 :机械工业出版社 ,1982. 14高泽溪 ,高成直接频率合成器 (DDS)及其性能分析 J.北京航空航天大学学报。 1998,(5):615-618. 15姜立东 .VHDL 语言程序设计及应用 M北京 :北京邮电大学出版社， 2004. 16手毅平 .VHDL 编稃与仿真 M.北京 :人民邮电出版社 ,2000. 17杨丽 ,李镇 ,孙厚军 .基于 FPGA 的多波形信号发生器 J.无线电工程，2005,(7):46-48.
