基于DDS任意波形发生器设计.docVIP

基于DDS的任意波形发生器的设计 南京理工大学 电子工程与光电技术学院 南京 210094 汪栋硕 俞锋 华思远 指导老师：蒋立平 　　摘要：本设计旨在实现一个基于直接数字合成技术（DDS，Direct Digital Syntheic）的任意波形发生器。该波形发生器不仅可以生成正弦波、三角波、锯齿波、方波等常见波形，还可以通过PC端控制，使之产生任意波形。DDS技术是一种新型的频率合成技术，具有相对带宽大、频率转换时间短、分辨力高、相位连续性好等优点，因而被广泛用于通讯领域，是任意波形发生器研究的一个重要方向。 关键词：直接数字频率合成，可编程片上系统，NIOSⅡ Arbitrary Waveform Generator Based on DDS 　　Abstract：This paper describes an arbitrary waveform generator (AWG) based on DDS, which can not only synthesize sine waveforms, triangle waveforms, square waveforms, sawtooth waveforms and other common waveforms, but also generate arbitrary waveforms with data edited and downloaded by PC software. DDS is an advanced technique on frequency synthesis. Its primary advantages are controlling facility , continuous phase and fine frequency resolution. Its an important field of the AWG design. Keywords：DDS；SOPC；NIOSⅡ SOPC SOPC(System On Programmable Chip, 可编程的片上系统），是Altera 公司提出的一种灵活、高效的SOC解决方案，是一种新的软硬件协同设计的系统设计技术。它将处理器、存储器、I/O口、LVDS、CDR等系统设计需要的功能模块集成到一个可编程器件上，构成一个可编程的片上系统。它具有双重含义：首先它是片上系统（System On a Chip, SOC），由单个芯片完成整个系统的主要逻辑功能；其次它是可编程系统，具有灵活的设计方式，可裁减，可扩充，可升级，并具有软硬件在系统可编程的功能。 AWG的设计 DDS的实现 DDS主要由相位累加器、相位调制器、正弦波数据表（ROM）、D/A转换器构成。其基本原理图如下： 图1 DDS基本原理框图 图中的为参考时钟源，用来同步合成器的各组成部分。相位累加器由N位加法器和N位寄存器组成。当时钟脉冲来到时，累加器把频率控制字FSW（Frequency Setting Word）与累加寄存器输出的相位数据相加，并将结果反馈至累加寄存器。这样累加器把频率控制字FSW（Frequency Setting Word）的数据变换成相位抽样来确定输出合成频率的大小。相位增量的大小随外指令的变化而变化，一旦给定了相位增量，输出频率也就确定了。当用这样的数据寻址时，正弦查找表就把存储在相位累加器中的抽样数字值转换成近似正弦波幅度的数字量函数，然后D/A 变换器把数字量变成模拟量。低通滤波器进一步平滑近似正弦波的锯齿阶梯，并衰减不需要的抽样分量和其他杂散信号。 基于DDS的任意波形发生器的设计 利用DDS技术实现任意波形发生器，只需将传统波形发生器的波形存储器ROM改为RAM就可以了。根据采样定理，先对波形进行采样，将采样后的数据数字化后存储到波形存储器RAM 中，然后输入频率控制字，相位累加器在每个系统时钟到来的时候其输出就累加一次，用累加器输出的高几位来寻址波形存储器，波形数据将被送到D/A转换成模拟量输出，波形就被重新合成了。 任何一个周期信号都可以用三个广义参数来定义：ω(t)表示频率的变化；A(t)表示幅值的变化；φ(t)表示相位的变化。要产生任意波形也就是实现频率、幅值和相位这三者的调制。DDS技术有效的解决了这一问题。频率的调制可以通过改变频率控制字来实现；幅值的调制可以通过改变D/A转换器的参考电压来实现；相位的调制可以通过在相位累加器的输出上加如相位控制字PSW（Phase Setting Word）来实现。同时DDS技术对三个参数的控制方式也便于利用计算机实现，如图2所示。首先在计算机上通过软件得到波形的采样点值，然后通过计算机接口将波形采样点