基于FPGA的DDS信号发生器的设计——开题报告

毕业设计（论文）材料之二（2）本科毕业设计(论文)开题报告题目：基于FPGA的DDS信号发生器的设计课题类型：设计□√实验研究□论文□学生姓名：XXX学号：0000000000专业班级：XXXX学院：电气工程学院指导教师：XX开题时间：201X年X月X日201X年X月X日一、毕业设计（论文）内容及研究意义（价值）本问设计基于FPGA的DDS的信号发生器，主要满足一下几个要求：1.通过编程产生正弦波、方波、三角波信号基波；2.有足够宽的频率；3.输出的信号电压能在一定范围内调节；研究意义信号发生器是一种常用的信号源，它是一种为电子测量和计量工作提供信号的设备,信号源作为一种基本电子设备无论是在教学、科研还是在部队技术保障中，都有着广泛的使用。在测试、研究、调整电子电路及设备时，为测定电路的一些电参量，如测量频率响应、噪声系数，为电压表定度等提供符合所定技术条件的电信号，以模拟在实际工作中使用的待测设备的激励信号。随着科学技术的发展和测量技术的进步经济的发展，对信号源的要求越来越高，传统的信号发生器大多采用专用芯片或单片机或模拟电路，成本高、控制方式不灵活,已无法满足目前日益发展的数字技术领域科研和教学的需要。但近几年随着FPGA和DDS技术的快速发展和广泛应用，它具有频率分辨率极高、频率切换速度快、切换相位连续、输出信号相位噪声低、可编程、全数字化易于集成、体积小、重量轻、有效的降低成本等优点。其在信号发生器上的应用得到了很好的认同，很好的解决了有传统信号发生器带来的一些问题，信号发生器己成为测试仪器中至关重要的一类，因此开基于FPGA的DDS发信号发生器具有重大意义。二、毕业设计（论文）研究现状和发展趋势（文献综述）信号发生器的国内外现状和应用近几年随着FPGA和DDS技术的快速发展，基于FPGA实现的DDS信号发生器不仅能产生传统函数信号发生器说能产生的波形，还可以产生任意编辑的波形，这是其他频率合成方式所没有的。通过DDS这种方法产生任意波是一种简单且具有频率分辨率极高、频率切换速度快、切换相位连续、输出信号相位噪声低、可编程、全数字化易于集成、体积小、重量轻、有效的降低成本等优点，这都是其他方法所无法比拟的。在教学、科研和各种技术保障中，都有着广泛的使用。同时由于自身特点决定了它存在着以下两个比较明显的缺点：一是输出信号的杂散比较大，二是输出信号的带宽受到限制。当然这些问题已随着技术的发展这些问题正在得到解决。如通过增长波形ROM的长度减小相位截断误差。通过增加波形ROM的字长和D/A量化误差。在比较新的DDS芯片中普遍都采用了12bit的D/A转换器，分析DDS频谱特性，提出了一些降低杂散功率的方法，用随机抖动法提高无杂散动态范围。通过采用先进的工艺和低功耗的设计和提高DDS芯片工作频率，获得频带比较宽的信号了。自80年代以来各国都在研制DDS的产品，并并广泛应用于各个领域。其中以AD公司的产品比较具有代表性。如AD7008、AD9850、AD9851、AD9852、AD9858等。其系统时钟频率从30MHz到300MHz不等，其中AD9858更是达到了1GHz。这些芯片还具有调制功能，内部也都集成了D/A转换器，精度最高可达到12bit。同时都采用了一些优化设计来提高性能。通过流水技术的使用提高了相位累加器的工作频率和字长，从而使得DDS芯片的输出频率和频率分辨率进一步的提高。同时为了抑制杂散，这些芯片大都采用了随机抖动法提高无杂散动态范围。基于FPGA实现的DDS信号发生器和以前相比有着灵活的接口和控制方式，可以通过PC机界面的程序进行任意波形的编辑。除了在仪器中的应用外，DDS在通信系统和雷达系统中也有重要的用途，在国计民生中也扮演着重要角色。三、毕业设计（论文）研究方案及工作计划（含工作重点与难点及拟采用的途径）此研究项目采用具有高精度，防干扰等优点的信号发生器，结合DDS系统技术，设计完成的系统具有信号相位噪声低、可编程、全数字化易于集成、体积小、重量的降低成本等特点，从而克服了传统信号发生器系统成本高、控制方式不灵活的缺点。工作重点与难点：1：用VHDL来实现硬件软件化；2：相位噪声有改善；3：进行精确调整，使之有很好的稳定性。设计方案:1KHZ图1总体设计框图控制电路正弦波、方波、三角波信号产生模块波形选择模块幅度控制/电位器频率控制模块/计数器模块D/A转换FPGA输出电路工作计划:学生姓名XXX专业电子信息工程起止日期（日/月）周次内容进程备注2.21-.271接受设计的课题，查找相关参考文献和资料2.28-3.062查阅资料，熟悉课题，写开题报告3.07-3.133查阅资料，熟悉课题，写开题报告3.14-3.204熟悉具体实现技术途径，确定开题报告3.21-3.275进行开题报告会，硬件电路总体方案设计3.28-4.036方案设计4.04-4.107方案设计4.11-4.178对VHDL进行研究学习4.18-4.249软件功能分析软件模块的确立，编写软件4.25-5.0110软件修改与完善5.02-5.0811调试5.09-5.1512继续调试，修改硬件电路和软件代码5.16-5.2213实现基本功能5.23-5.2914论文的撰写,完成论文初稿并提交5.30-6.0515自我修改毕业论文6.06-6.1216根据老师指导，改善不足之处，总体完善6.13-6.1917完成论文终稿，提交论文终稿6.20-6.2618准备好自述讲稿，打印，参加论文答辩四、主要参考文献[1]王冠，王鹰，黄熙．VerilogHDL与数字电路设计[M]．北京：机械工业出版社，2006[2]胡振华.VHDL与FPGA设计[M]．北京：中国铁道出版社,2003[3]杜慧敏，赵全良.基于Verilog的FPGA设计基础[M].西安：西安电子科技大学出版社,2006[4]VHDL语言100例详解.北京理工大学ASIC研究所[M].北京：清华大学出版社，1999[5]VolneiA.Pedroni.CircuitDesignwithVHDL[M].北京：电子工业出版社，2009[6]薛文.DDS任意波形发生器的设计与实现[D].南京理工大学硕士学位论文，2004[7]潘登.基于DDS技术的可编程任意波形发生器[D].武汉大学硕士学位论文，2004[8]帅倩等.基于FPGA的DDS设计及实现[J].现代电子技术.2010,(13):90-92[9]谢立锋.基于FPGA的DDS信号发生器的简单实现[J].沿海企业与科技.2007,(12):53-55[10]刘冬香.基于VHDL语言的函数发生器的设计[J].机电工程技术.2007,36(8):40-43[11]高士友等.基于FPGA的DDS信号发生器设计[J].现代电子技术.2009,(16):35-38[12]宋仲康.基于VHDL语言的信号发生器的设计与实现[J].工业控制技术.2007,(8):80-83[13]杨威.利用FPGA实现DDS信号发生器的研究[J].山西农业大学学报.2007,23(3):329-332[14]李晓明等.在信号发生器中DDS_FPGA的应用[J].现代电子技术.2006(9):78-80[15]蔡丽等.基于FPGA技术的多功能DDS信号发生器设计[J].仪器技术.2007,8:16-18[16]UnderstandingDirectDigitalSynthesis(DDS)[J].NationalinstrumentsCorporation[17]Michael.D.Ciletti,AdvancedDigitalDesignwiththeVerilogHDL[M].北京：电子工业出版社，2004[18]阎石.数字电子技术基础[M].北京：高等教育出版社，2008[19]樊昌信，曹丽娜.通信原理[M].北京：国防工业出版社，2010[20][21][22][23]外文文献：UnderstandingDirectDigitalSynthesis(DDS)(ReferencefromnationalinstrumentsCorporation)Overview:NationalInstrumentssignalgeneratorsutilizeatechnologyknownasdirectdigitalsynthesis(DDS)togeneratesignalsatprecisefrequenciesandimplementphase-continuoussweeping.ThiswhitepaperdescribesthefundamentaloperationofDDS.ThistutorialispartoftheNationalInstrumentsSignalGeneratorFundamentalsseries.Eachtutorialinthisserieswillteachbasicconceptsaboutthearchitecture,features,orapplicationsofsignalgenerators.NationalInstrumentsfunctiongeneratorsareabletoachieve0.355μHzoffrequencyprecisionusingatechnologycalleddirectdigitalsynthesis(DDS).DDSworksbyfirststoringalargerepetitivewaveforminonboardmemory.ForNationalInstrumentsproducts,anysinglecycleofawaveform(sine,triangle,square,arbitrary)canberepresentedbyexactly16,384pointsandstoredintomemory.Oncethewaveformisstoredintomemory,itcanbegeneratedatveryprecisefrequencies.SignalGeneratorsFundamentals:IntroductiontoDirectDigitalSynthesis.DDSMemoryUtilization:FunctiongeneratorsutilizeDDStogenerateperiodicsignalsatprecisefrequenciesbychoosingsamplesfrommemoryratherthangeneratingallsamplesofawaveform.Bycontrast,arbitrarywaveformgenerators(AWGs)generateeachsampleofawaveformthatisstoredintomemory.WhileAWGsallowausertopreciselydefinethewaveformthatisbeinggenerated,theyarelimitedinthefrequencyprecisiontheycanachieve,particularlyathighfrequencies.Bycontrast,weillustratehowafunctiongeneratorisabletogeneratea21MHzsinusoid,eventhoughitsfrequencyisnotadirectmultipleofthesamplerate.Thisisillustratedinthegraphbelow:WaveformMemoryGeneratedSignal(21MHz)SampleClock(100MHz)t0t5timeFigure1:21MHz