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基于CPLD集成芯片实现DDS技术的任意波形发生器 姓名：黄先英，刘祧 指导老师：裴东，王全洲 学生届别：2005 专业：电子信息工程 班级：电子甲班 采样点的计算公式为 (Cosa+1)*127.5 (0到π）取64个点，（ π到2 π）则将这些点逆向排列即可 锯齿波的设计 方波的设计 时钟输入选择和波形输出选择 软件仿真数据 结 论 经过构思，编程设计，模拟，下载到EPM7128SLC84-15芯片，连线以及连接到示波器上调试，基本结果达到了预期的任意波形发生器的设计目的 ，使所设计的任意波形发生器最终能任意产生正弦波，三角波，锯齿波，方波这四种波形里所需要的波形。与传统的AWG相比 ，采用DDS技术 ，频率切换快，控制容易 ，因此本系统具有很大的开发，应用前景。 * * 摘要:我们所设计的是一种基于EDA（电子设计自动化）技术及CPLD（大规模可编程逻辑器件）的任意波形发生器，运用直接数字频率合成技术（DDS技术）的基本工作原理，通过MUXPLUSⅡ软件（一种可编程逻辑器件开发软件）和VHDL语言编程，对硬件结构和工作方式进行重构，再由可编程逻辑器件控制数据的输出，经D/A转换器转换成相应模拟信号。在设计过程中，以Altera公司的EPM7128SLC84-15芯片为设计器件。讨论了DDS技术的基本组成结构、工作原理和特点 在现代电子测量仪器中，任意波形发生器（Arbitrary Waveform Generator，AWG）作为必威体育精装版一类的信号源，正日益受到人们的重视，国内外的许多科研单位和高等院校也纷纷着手研制AWG。但目前使用的AWG大部分是利用分立元件实现的，体积大、可靠性差、准确度低。 a 方案一：采用单片机函数发生器，用D/A转换器的输出来改变调节电压，也可以实现数控调整频率，但步长难以满足要求，且频率稳定度不太高 b方案二：采用锁相式频率合成器，利用锁相环，将压控荡器（VCO）的输出频率锁定在所需频率上，该方案性能良好，但难以达到输出频率覆盖系数的要求，且电路复杂，不适于产生低频信号。 c方案三：采用直接数字频率合成器 ，可用硬件或软件实现。即用累加器按频率要求相对应的相位增量进行累加，再以累加相位值作为地址码 ，经D/A转换、滤波即得所需波形。方法简单，频率稳定度高，易于程控。 d 方案四：采用单片机控制动态生成程序 ，该方法引入动态编程和吞时钟技术，使用8031便可产生50kHz的正弦波。 所以在众多实现AWG方案中，鉴于DDS目前的飞速发展和显著的优点及可编程逻辑器件十分适合实现DDS技术，我们选择了利用CPLD（Complex Programable Logic Device）和DDS技术来实现AWG的设计，用一片CPLD器件就能完成几十片MSI（Middle Scale Integration,中规模集成）电路才能完成的任务。而且DDS技术有着易于控制、相位连续、输出频率稳定度高、分辨率高等优点。 DDS的基本原理是基于采样定理，将模拟信号进行采集，经量化后存入存储器中，通过寻址查找表输出波形数据，再经过D/A转换滤波即可恢复模拟波形。基本框图如下 实现DDS有三种技术方法 a 采用高性能DDS单片电路 b 采用低频正弦波DDS单片电路 c 设计基于CPLD芯片的个人方法 将上述DDS的三种实现方案，采用集成DDS芯片固然能实现，但灵活性不强，故采用基于CPLD芯片的自行设计方案。采用自顶向下细化的设计方法，首先对波形生成子系统进行分析与方案选择入手。确认了波形产生子系统的实现方案后，再来考虑各参数控制子系统的实现 本方案软件采用了结构化系统设计与结构化程序设计的方法，整个软件由顶向下分层分块，每个模块完成一项功能，并遵守上层模块调用下层模块，同层模块不能相互调用的原则，软件的模块如下图所示。 基本框图 正弦波的设计 三角波的设计