基于DSP Builder的DDS设计及其FPGA实现
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直接数字合成器，是采用数字技术的一种新型频率合成技术，他通过控制频率、相位增量的步长，产生各种不同频率的信号。他具有一系列的优点；较高的频率分辨率；可以实现快速的频率切换；在频率改变时能够保持相位的连续；很容易实现频率、相位和幅度的数控调制等。目前可采用专用芯片或可编程逻辑芯片实现dds[1]，专用的dds芯片产生的信号波形、功能和控制方式固定，常不能满足具体需要[2]。可编程逻辑器件具有器件规模大、工作速度快及可编程的硬件特点，并且开发周期短，易于升级，因为非常适合用于实现dds。
本文引用地址：https://www.eepw.com.cn/article/21344.htm1 dds的工作原理
dds的结构原理图如图1所示，dds以数控振荡器的方式，产生频率、相位和幅度可控的正弦波[3]。电路包括了相位累加器、相位调制器、正弦rom查找表、基准时钟源、d/a转换器等组成。其中前三者是dds结构中的数字部分，具有数控频率合成的功能。
dds系统的核心是相位累加器，完成相位累加过程。在基准时钟的控制下，频率控制字由累加器累加，以得到相应的相位数据，相位调制器接收相位累加器的相位输出，主要用于信号的相位调制，其输出的数据作为取样地址来寻址正弦rom查找表，完成相位-幅度变换，输出不同的幅度编码；再经过d/a转换器得到相应的阶梯波；最后经低通滤波器对阶梯进行平滑处理，即可得到由频率控制字决定的连续变换输出的正弦波。
2 基于dsp builder和dds设计
2.1 dsp builder简介
dsp builder是美国altera公司推出的一个面向dsp开发的系统级工具，他作为matlab的一个simulink工具箱，使得用fpga设计dsp系统完全通过simulink的图形化界面进行建模、系统级仿真，设计模型可直接向vhdl硬件描述语言转换，并自动调用quartusⅱ等eda设计软件，完成综合、网表生成以及器件适配乃至fpga的配置下载，使得系统描述与硬件实现有机的融合为一体，充分体现了现代电子技术自动化开发的特点与优势。
2.2 dsp builder设计原理及参数设置
基于dsp builder的dds系统如图2和图3所示，dds子系统subsystem有3个输入，分别为freqword（32位频率控制字）、phaseword（32位相位控制字）、amp（10位幅度控制字）；一个输出，即10位ddsout输出。2个parallel
adder subtractor分别为相位累加器和相位调制器，lut为正弦rom查找表。设置simulink的仿真停止时间stop
time为5，仿真步进fixed step size为le-3。图（4）对应频率、相位和幅度控制字分别为4000000，0和10（参数1）时dds系统的输出波形，图5对应频率、相位和幅度控制字分别为9000000，500000000和15（参数2）时dds系统的输出波形。
3 基于fpga的dds设计
3.1 dds的fpga实现
matlab/simulink对已经设计好的dds系统进行编译，通过调用dsp builder的signalcompiler工具可直接生成quartusⅱ
工程文件，再调用quartusⅱ完成综合，网表生成和适配，直至完成fpga的配置下载过程。
本设计方案采用的fpga芯片是altera公司的cyclone系列芯片ep1c6q240c8，，其容量6000个逻辑宏单元，等效于标准15万逻辑门电路，速度为-8，完成可通过单片芯片电路实现dds，相位累加和相位调制器均为32位，正弦rom查找表存储1024×10b波形数据，系统时钟为55.6mhz，利用fpga可以根据需要方便地实现各种比较复杂的调频，调相和调幅功能，具有浪费的实时性。
3.2 仿真结果使用quartusⅱ对dsp builder生成的工程文件进行仿真，针对不同参数设置的dds系统，其仿真波形图如图6和图7所示。
图中，clock为系统时钟，sclrp为高电平复位信号，ifreqwords，iphasewords和iamps分别为输入频率、相位和幅度控制字，oddsout为输出信号。当复位信号sclrp到来后，向相位累加器赋0，并向相位调制器赋一个初始相位值，在时钟信号的控制下，频率控制字控制相位累加器累加，相位调制器进行相位调制，其输出数据作为取样地址寻址rom查找表，便可以在oddsout管脚上输出连续的正弦波信号。在不同的参数设置下，quartusⅱ中的仿真结果与matlab/simulink中的仿真结果在相位，频率和幅度上基本一致。利用fpga能输出较高质量的信号，虽然内部数字信号有一定的抖动，但通过采用抖动注入技术、延时叠加法等[3]方法，通常也能将误差保持在允许范围之内。
4 结论
利用可编程逻辑芯片设计dds的方法通常是采用vhdl语言输入和原理图法相结合来设计整个信号发生电路，这种方法通常需要调用很多模块，综合性较强，对设计者要求较高。本文利用quartusⅱ和matlab/simulink之间的接口工具dsp
builder来设计整个dds系统，dsp builder具备一个友好的开发环境，并且和quartusⅱ交互性强，易于使用。设计者只需简单了解vhdl描述语言，就可以直接调用已经建立好的matlab和simulink设计流程，通过simulink的图形化界面进行建模、系统级仿真，并子对调用quartusⅱ进行综合，网表生成和适配，最后完成向fpga的配置下载过程。整个设计思路灵活，图形界面简单直观，开发周期短。仿真结果表明，该设计方案原理正确，行之有效。用fpga实现dds较专用dds芯片更为灵活，只要改变fpga中rom内的数据和控制参数，dds就可以产生任意调制波形，且分辨率高，具有相当大的灵活性。将dds设计嵌入到fpga芯片所构成的系统中，其系统成本并不会增加多少，而购买专用芯片的价格则是前者的很多倍。所以采用fpga设计dds系统具有很高的性价比。
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