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基于FPGA的实验室可重构信号源的设计

作者:时间:2013-05-15来源:网络

摘要 介绍了以直接频率合成技术DDS为基础的信号发生器基本工作原理及设计过程,并以单片机和为核心实现了波形、频率、幅值均可调节的信号发生器设计。经测试验证,该信号发生器取得了理想的结果,达到了设计要求。
关键词 单片机;;DDS;信号发生器

1 直接数字频率合成技术
直接数字频率合成技术(DDS)是近年来迅速发展的一种新型频率合成方法,它将先进的数字处理理论与方法引入信号合成领域,通过控制相位变化的速度来直接产生各种不同频率的信号。DDS的基本原理如图1所示,把一个单位振幅的正弦函数的相位在2π弧度内分成2N个点,求出相应各点的正弦函数值,并用D位二进制数表示,写入ROM中构成一个所谓的正弦表。在高速稳定的参考时钟控制下依次读出每个相位对应的正弦函数值,即得到采样的正弦离散信号,经D/A转换得到需要的模拟信号,改变输入时钟频率即可控制输出信号的频率。

本文引用地址:http://www.eepw.com.cn/article/189605.htm

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根据DDS的原理分析可知,DDS输出波形频率为fo=Kfc/2N。最低输出频率(K=1)fmin=fc/2N,最高输出频率为fmax=fc/4,其中,fc为累加时钟频率;K为频率控制字;N为累加器位数。

2 系统整体方案设计
系统设计主要由主控制器模块、模块、D/A转换模块、滤波模块、调幅模块、按键输入模块、功率放大模块及液晶显示模块构成。系统框图如图2所示。采用STC89C51单片机作为系统的主控制器;FPGA模块实现波形数据的存储与输出;D/A转换模块将波形数据转换为模拟量。液晶显示器用于显示波形、幅度、频率等。

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3 系统主要硬件电路设计
3.1 主控制器电路设计
主控制器采用AT89C51单片机,系统采用总线技术,这样仅占用了单片机的少量接口和IO资源就可以组建起整个系统,使得硬件和软件设计更方便,也利于扩展,具体电路如图3所示。

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3.2 DDS的FPGA实现电路设计
DDS系统包括相位增量寄存器、相位累加器、地址寄存器、波形存储器、时钟倍频器及地址发生部分等模块,内部所有模块用Verilog语言编写或调用QuartusⅡ中的已有lpm库文件。系统顶层设计用原理图的方式进行模块间的连接,具体电路如图4所示。当改变波形存储器中波形数据时,也就改变了输出波形,可以通过波形选择按钮分别输出正弦波、方波、三角波3种波形。

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