基于FPGA和DDS的信号源设计

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1、基于FPGA和DDS的信号源设计基于FPGA和DDS的信号源设计摘要介绍DDS的基本工作原理和信号发生器的发展历程，在此基础上系统阐述一种四通道DDS信号源的设计与实现方法。关键词DDS；FPGA；信号发生器中图分类号:TN741文献标识码:A文章编号：1671-7597（2014）09-0038-011DDS的基本原理DDS又称直接数字频率合成技术，它是由美国人奈斯特提出来的,基于奈斯特抽样定理和数字波形合成原理之上发展起来的一种数字化的比较新颖的合成技术。基于这个定理之上，我们可以检测到一个长为一个周期的并且连续的正弦波信

2、号；再根据这个正弦波的相位轴的一个方向值还有它的相位间隔值对它进行相位幅度采样的处理，经过这一系类的处理就可以得到正弦波信号的离散相位的幅度序列，最后得到这个序列可以对它进行二进制编码。这种程序的操作可以使得一个周期的正弦信号转变成离散的二进制序列。接着，就可以把它储存到设置为只读的只读器当中。而耍想找到程序中的相位的地址可以直接去找存储单元的地址，这两个是一样的数值。而存储单元当中的一些内容性的东西，可以去看正弦波的幅度值（量化后的）。上面所提到的只读存储器和一个相对应的正弦函数组成了一个查找表。2信号发生器发展历程信号发生

3、器顾名思义是一种电子仪器，具有高精度、高稳定性和可重复性。它有许多性能和优点，比如：它可以产生大量的信号，一般是标准信号和用户定义信号；它具有高精度性、高稳定性和简易操作的性能特点。在20世纪70年代之前，信号发生应用的较少，主耍是两种形式：正弦波和脉冲波。而现在我们普遍用的发生器（函数发生器）是两者间的产物，它能提供多种常见波形，例如：正弦波、余弦波、上弦波、等等。而苴他比较复杂的波形，需要比较先进的复朵的仪器方法来实现。在当前这个时期里，波形发生器还不完善，需要采用模拟电子技术，而模拟器件的相对较大、价格昂贵、功能大，而在

4、这些条件下要产生较为复杂的波形，所以模拟器的电路结构也较Z复杂。它的复杂结构主要是两点：1）需要调节电位器來实现对输出频率的调节，这样的作法无法将频率调到I古I定值；2）它的脉冲所占据的空间不能调节。在70年代Z后的一段时间内，微处理器出现在实际应用中，微处理器可以使波形发生器的功能得到改善，产生与之前比较为复杂的波形。但是这样产生的波形对于科技需要來说还是简单的，以软件为主，采用微处理器对DAC用以程序性的控制。20世纪90年代末，函数发生器出现在这个领域，性能较高，价格也较高。后来推出型号为HP770S的信号模拟装置系统，

5、由于组成他的软件比较昂贵，随后推出了DATA-2020,9100等型号的波形发生器。而到了21世纪，随着科技的不断发展，集成电路技术也在不断创新，出现了更加先进的DDS芯片，这使得函数波形器的发展又上一层楼。下面介绍一种基于FPGA和DDS的信号源设计和实现方法。3基于DDS信号发生器的设计基于FPGA及DDS设计了一种四通道程控信号源，可产生标准波形信号以及任意波形信号。本信号发生器主要由四路DDS芯片、处理器单元和FPGA单元组成。其中，DDS单元用于频率合成，处理器单元和FPGA单元用于通信、数据存储和计算及实吋数据发生

6、。系统框图如下。信号发生器包含二个部分，一是运行在PC上的上位机程序，二是负责产生各种信号的控制板，上图为信号发生器控制板（后简称信号发生器）系统框图。信号发生器具有三个与上位机通信端口，分别为:网络，USB,RS232，该通信接口由运行Linux操作系统的CPU中央处理器单元管理，信号发生器接收到上位机发送过来的指令或数据时，CPU会依据设定规则对其进行处理，单纯的数据则通过FPGA将数据发送给DDS,若是产生数据的指令，则CPU单元进行运算，将产生的最终数据或中间数据通过FPGA发送给DDS单元，FPGA在系统内负责系统数

7、据中转一一在CPU与DDS单元Z间，同吋实现大数据缓存,及中间数据的二次计算（特定指令数据需要CPU和FPGA协同计算完成)。高性能的DDS单元，具备极高的系统时钟频率，为使DDS单元工作稳定可靠，选择独立高性能的时钟发生单元与其配合；为使系统具备电压偏置功能，在系统内增加了一个多通道DAC芯片,输出宜流电压，同时在DDS单元的输出端，增加直流偏置电路,用于调节信号输出的直流偏置。为使系统内多通道信号输岀的同步或定序，在多DDS单元之间增加了一个高速系统吋钟缓冲单元用于实现多通道DDS单元之间系统时钟的关联，以实现同步及定序。

8、为使信号发生器能够控制外设及于大系统互联，在信号发生器内增加了RS485,CAN,10等，这些接口均采用磁隔离，即保证互联性同时保证信号发生系统自身的稳定性。参考文献[1]李锦辉，张志华•基于DDS原理的任意波形信号发生器的设计[J]•现代机械,2013,5(4)：74-76