基于FPGA平台的数字频率合成器的设计和实现

攀枝花学院专科毕业设计（论文）摘要摘要技术的实现依赖于高速、高性能的数字器件，选用现场可编程器件FPGA作为目标器件，可利用其高速、高性能及可重构性，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。

本设计给出了基于FPGA芯片的直接数字频率合成器（DDS）的设计方法。

因为微电子技术的不断发展，开发者能很容易地将整个应用系统实现在一片FPGA 中，从而实现片上系统（SoC）。

因此，用FPGA实现DDS就有了更广泛的现实意义，并在现代通信系统中具有良好的实用性。

本设计在介绍DDS工作原理的基础上，运用EDA技术，使用FPGA来实现一个DDS，频率控制字和相位控制字由凌阳单片机来完成。

关键词：直接数字频率合成器，现场可编程门阵列（FPGA），相位累加器，数/模转换器，凌阳单片机I攀枝花学院专科毕业设计（论文）ABSTRACTABSTRACTThe realization of technology depends on the high-speed , high-performance digital device, select to use on-the-spot programming device FPGA as the goal device, it can utilize its high speed , high performance and can reconstructing,it last various complicated frequency modulation, last looks and amplitude modulation function according to need conveniently. Originally design the design method to provide direct digital frequency synthesizer (DDS ) based on FPGA chip. Because of the constant development of the microelectric technique, the developer can employ the system to realize in a slice of FPGA entirely very much easily , thus it is systematic (SoC ) to realize on slice. So realize with FPGA DDS have extensive realistic meaning , and have good practicability in the modern communication systems.Originally design on the basis of introduction DDS operation principle, use EDA technology , use FPGA to realize one DDS, frequency control word and phase place control word finish by Ling Yang one-chip computer.Keywords:Direct Digital Frequency Synthesizer, FPGA, Phase Addition, DAC,SPCE061A.II目录摘要 (Ⅰ)ABSTRACT (Ⅱ)1绪论 (1)1.1课题背景 (1)1.2发展方向 (1)2方案设计与论证 (2)2.1方案设计 (2)2.2方案论证 (2)3 模组简介 (3)3.1 凌阳单片机介绍 (3)3.1 .1凌阳单片机61板简介 (3)3.1.2 SPCE061A单片机简介 (4)3.2.现场可编程门阵列（FPGA）简介 (7)3.3 VHDL简介 (8)3.3.1概述 (8)3.3.2 HDL的种类 (9)3.3.3 VHDL语言开发环境和硬件平台 (10)3.3.4 VHDL 程序结构 (10)3.４DAC 0832及应用 (11)3.４.1 DAC的内部结构 (11)3.４.2 DAC 0832的基本工作方式 (12)3.５滤波电路 (14)3.５.1、初步定义 (14)3.５.2、有源滤波电路的分类 (14)3.５.3、一阶有源滤波电路 (15)3.５.4、二阶有源滤波电路 (16)3.６ DSP简介 (16)4 DDS的工作原理 (18)4.1 DDS基本原理 (18)4.2 DDS的FPGA实现设计 (18)5 系统软件设计 (21)5.1系统控制部分 (21)5.2 按键控制部份 (25)5.３调试 (26)6 结论 (28)参考文献 (29)附录：部分元器件清单 (30)致谢 (31)1 绪论1.1课题背景1971年，美国学者J.Tierncy、C.M.Reader和B..Gold提出了以全数字技术从相位概念出发直接合成所需波形的一种新的频率合成原理。

基于FPGA的直接数字频率合成器的设计和实现摘要介绍了利用的器件150实现直接数字频率合成器的工作原理、设计思想、电路结构和改进优化方法。

关键词直接数字频率合成现场可编程门阵列直接数字频率合成,即，一般简称是从相位概念出发直接合成所需要波形的一种新的频率合成技术。

目前各大芯片制造厂商都相继推出采用先进工艺生产的高性能和多功能的芯片其中应用较为广泛的是公司的985系列，为电路设计者提供了多种选择。

然而在某些场合，专用的芯片在控制方式、置频速率等方面与系统的要求差距很大，这时如果用高性能的器件设计符合自己需要的电路就是一个很好的解决方法。

1是公司着眼于通信、音频处理及类似场合的应用而推出的器件芯片系列，总的来看将会逐步取代10系列，成为首选的中规模器件产品。

它具有如下特点11采用查找表和嵌入式阵列块相结合的结构，特别适用于实现复杂逻辑功能存储器功能，例如通信中应用的数字信号处理、多通道数据处理、数据传递和微控制等。

2典型门数为1万到10万门，有多达49152位的每个有4096位。

3器件内核采用25电压，功耗低，能够提供高达250的双向功能，完全支持33和66的局部总线标准。

4具有快速连续式延时可预测的快速通道互连；具有实现快速加法器、计数器、乘法器和比较器等算术功能的专用进位链和实现高速多扇入逻辑功能的专用级连接。

150具有典型门数50000门，逻辑单元2880个，嵌入系统块10个，完全符合单片实现电路的要求。

因此采用它设计电路，设计工具为的下一代设计工具软件。

范文先生网收集整理1电路工作原理图1所示是一个基于的电路的工作原理框图。

的工作原理是以数控振荡器的方式产生频率、相位可控制的正弦波。

电路一般包括基准时钟、频率累加器、相位累加器、幅度相位转换电路、转换器和低通滤波器。

《基于FPGA的PLL+DDS的频率合成器》篇一一、引言随着通信技术的飞速发展，频率合成器作为电子系统中的关键部件，其性能和稳定性直接影响到整个系统的性能。

本文将详细介绍一种基于FPGA（现场可编程门阵列）的PLL（锁相环）+DDS（直接数字合成器）的频率合成器，并对其设计原理、实现方法及性能优势进行深入探讨。

二、PLL+DDS频率合成器的工作原理PLL+DDS频率合成器通过将PLL与DDS结合，利用两者的优势来达到高精度、高稳定性的频率输出。

PLL模块主要负责跟踪和生成参考频率，而DDS模块则能够快速生成多种频率的波形。

FPGA作为核心控制器，负责协调PLL和DDS模块的工作，实现频率的合成和输出。

三、设计实现1. 硬件设计在硬件设计方面，PLL+DDS频率合成器主要包含FPGA、PLL模块、DDS模块以及输出电路等部分。

其中，FPGA作为核心控制器，负责协调整个系统的运行。

PLL模块采用高精度的锁相环电路，以实现稳定的参考频率输出。

DDS模块则采用数字方式生成多种频率的波形。

2. 软件设计在软件设计方面，需要编写FPGA的程序代码来实现对PLL 和DDS模块的控制。

通过配置FPGA的IO口，实现对PLL和DDS模块的驱动和控制。

同时，还需要编写相应的算法程序，以实现频率的合成和输出。

四、性能优势基于FPGA的PLL+DDS频率合成器具有以下优势：1. 高精度：PLL和DDS的结合使得频率合成器具有高精度的频率输出。

2. 高稳定性：通过PLL模块的锁相环电路，可以实现稳定的参考频率输出，从而提高整个系统的稳定性。

3. 快速响应：DDS模块采用数字方式生成波形，具有快速响应的特点，可以快速调整输出频率。

4. 灵活性：FPGA的可编程性使得频率合成器具有很高的灵活性，可以方便地实现多种功能的扩展和升级。

五、应用领域基于FPGA的PLL+DDS频率合成器在通信、雷达、电子测量等领域具有广泛的应用。

例如，在通信系统中，它可以为基站提供稳定的射频信号；在雷达系统中，它可以为雷达提供精确的扫描频率；在电子测量领域，它可以用于信号源的生成和测试等。

《基于FPGA的PLL+DDS的频率合成器》篇一一、引言随着现代电子技术的飞速发展，频率合成器作为电子系统中的关键部件，其性能的优劣直接影响到整个系统的稳定性和可靠性。

传统的频率合成器往往存在体积大、功耗高、灵活性差等问题。

因此，研究和开发新型的、高性能的频率合成器显得尤为重要。

本文将介绍一种基于FPGA的PLL+DDS的频率合成器，并对其原理、设计、实现及应用进行详细阐述。

二、PLL+DDS原理PLL（Phase-Locked Loop）即锁相环，是一种用于实现两个信号相位同步的电路。

DDS（Direct Digital Synthesizer）即直接数字合成器，是一种通过数字方式产生正弦波等信号的技术。

将PLL和DDS结合起来，可以实现高精度、高稳定性的频率合成。

在基于FPGA的PLL+DDS的频率合成器中，PLL负责跟踪输入信号的频率和相位，将其锁定在目标频率上。

DDS则通过数字方式产生所需的信号波形。

两者的结合，可以在保持高精度的同时，实现快速的频率切换和调节。

三、设计实现1. 硬件设计硬件设计主要包括FPGA芯片、PLL芯片、DDS芯片及其他辅助电路。

其中，FPGA芯片作为核心控制器，负责整个系统的协调和控制。

PLL芯片和DDS芯片分别负责实现锁相和数字波形产生功能。

2. 软件设计软件设计主要包括FPGA的程序设计。

程序设计需要实现对输入信号的采集、处理、控制等功能。

同时，还需要对PLL和DDS进行配置和控制，以实现所需的频率合成功能。

四、性能分析基于FPGA的PLL+DDS的频率合成器具有以下优点：1. 高精度：由于采用了PLL和DDS技术，可以实现高精度的频率合成。

2. 高稳定性：PLL的锁相功能可以保证输出信号的稳定性和一致性。

3. 灵活性好：通过FPGA的控制，可以实现快速的频率切换和调节。

4. 体积小、功耗低：相比于传统的频率合成器，该设计具有更小的体积和更低的功耗。

五、应用领域基于FPGA的PLL+DDS的频率合成器广泛应用于通信、雷达、电子对抗、测控等领域。

基于FPGA的直接数字频率合成器的设计本科设计毕业设计论文基于FPGA的直接数字频率合成器的设计摘要在频率合成领域，常用的频率合成技术有直接模拟合成、模拟锁相环、小数分频锁相环等，直接数字频率合成（Direct Digital Frequency Synthesis ，DDFS，简称DDS）是近年来的新的频率合成技术。

本文介绍了直接数字频率合成器的基本组成及设计原理，给出了基于FPGA的具体设计方案及编程实现方法。

仿真结果表明，该设计简单合理，使用灵活方便，通用性好，可写入各种FPGA 芯片，最高可将频率提高100万倍。

具有良好的性价比。

关键词直接数字频率合成器(DDS) FPGADesign of direct digital frequency synthesizer based on FPGAAbstract In Frequency domain, the common Synthesis technology has Direct simulation, phase lock loop simulation, decimal Frequency and phase lock loop, Direct Digital Frequency Synthesis (as some DDFS, Digital, referred to as spurious bio-synthesis) in recent years is the new Frequency Synthesis technology. The structure and principles of Direct Digital Frequency Synthesizer is introduced. Also a detailed design and the method of program realization based on FPGA are introduced. The result of simulation shows that the design is simple and feasible, convenient and flexible, high universality, writeable various FPGA chip, the highest frequency can be 100 million times. Ratiofor quality to price.Keywords Direct Digital frequency Synthesizer(DDS) FPGA前言在频率合成领域，常用的频率合成技术有直接模拟合成、模拟锁相环、小数分频锁相环等，直接数字频率合成（DDS）是近年来的新的频率合成技术。

《基于FPGA的PLL+DDS的频率合成器》篇一一、引言随着电子技术的发展，频率合成器作为现代通信、雷达、电子对抗等系统中的核心部件，其性能和稳定性要求越来越高。

FPGA（现场可编程门阵列）技术以其灵活、高速、低功耗等优势，在频率合成器的设计中得到了广泛应用。

本文将详细介绍基于FPGA的PLL（锁相环）+DDS（直接数字频率合成器）的频率合成器设计。

二、PLL+DDS原理概述PLL是一种能够跟踪输入信号频率并产生精确输出信号的电路。

DDS则是一种基于数字算法生成任意频率、相位和幅度的信号的技术。

将PLL和DDS相结合，可以实现高精度、高稳定性的频率合成。

在基于FPGA的PLL+DDS的频率合成器中，PLL用于提供稳定的参考频率，而DDS则用于生成所需的各种频率信号。

通过FPGA对PLL和DDS的控制，可以实现频率的快速切换和调整，满足不同应用场景的需求。

三、FPGA在频率合成器中的应用FPGA在频率合成器中的应用主要体现在以下几个方面：1. 控制逻辑设计：FPGA可以实现对PLL和DDS的控制逻辑设计，包括信号的输入、输出、频率切换等操作。

2. 高速数据处理：FPGA具有高速数据处理能力，可以实现对DDS生成的高速率数字信号的处理和传输。

3. 灵活性高：FPGA的现场可编程特性使得频率合成器的设计具有很高的灵活性，可以根据不同需求进行定制化设计。

四、基于FPGA的PLL+DDS的频率合成器设计基于FPGA的PLL+DDS的频率合成器设计主要包括以下几个部分：1. 参考频率源设计：采用高稳定度的晶体振荡器作为参考频率源，为PLL提供稳定的参考信号。

2. PLL模块设计：利用FPGA实现PLL模块的设计，通过调整环路参数实现精确的频率跟踪和相位锁定。

3. DDS模块设计：采用FPGA实现DDS模块的设计，生成所需的各种频率信号。

4. 信号处理与输出：通过FPGA对DDS生成的数字信号进行高速处理和传输，并输出到相应的设备或系统。

数字频率合成器的FPGA设计实现1绪论1.1 频率合成技术的背景1）直接频率合成直接频率合成理论大约在20世纪30年代中期开始形成，当时是利用单个或多个不同频率的晶体振荡器作为基准信号源，经过倍频、分频、混频等途径直接产生许多离散频率的输出信号，这就是最早应用的频率合成器，称之为直接式频率合成器．采用单一个或多个不同频率的晶体振荡器作为基准信号源，经过具有加减乘除四则运算功能的混频器、倍频器、分频器和具有选频功能的滤波器的不同组合来实现频率合成。

利用不同组合的四则运算，即可产生大量的、频率间隔较小的离散频率系列。

根据参考频率源的数目和四则运算电路组合的不同，直接式频率合成器有着许多不同的形式．如可由较多晶体振荡器或频率源同时提供基准频率，或仅由一个或少数几个晶体振荡器提供基准频率。

尽管合成器仅输入一个参考频率，但只需改变各倍频次数和分频器的分频数，即可获得一系列的离散频率。

2）锁相频率合成相位反馈理论和锁相技术应用于频率合成领域，产生了间接式频率合成器。

所谓间接式是指合成器的输出信号不是直接从参考源经过变换而得，而是由锁相环的压控振荡器间接产生所需要的频率输出，所以，间接式频率合成器又称为锁相频率合成器．它是基于锁相环路的同步原理，从一个高准确度、高稳定度的参考晶体振荡器综合出大量离散频率的一种技术。

锁相频率合成器由基准频率产生器和锁相环路两部分构成。

基准频率产生器为合成电路提供一个或几个高稳准的参考频率，锁相环路则利用其良好的窄带跟踪特性，使频率准确地锁定在参考频率或其某次谐波上，并使被锁定的频率具有与参考频率一致的频率稳定度和较高的频谱纯度[21。

由于锁相环路具有良好的窄带滤波特性，故其输出信号质量较直接式频率合成器得到明显的改善。

锁相技术在频率合成中的成功应用，使频率合成技术获得突破性进展。

锁相频率合成器的结构简单、输出频率成分的频谱纯度高，而且易于得到大量的离散频率等优点引起了人们的极大关注，为频率合成器的广泛应用打下了基础。

2004年8月第10卷第3期安庆师范学院学报(自然科学版)J ourna l of Anq ing Te a che rs Co lle ge(Na tura l S c ie nce)Aug.2004Vo l.10NO.3ΞΞΞ基于FPGA的直接数字频率合成器的设计实现朱钰铧(安徽电子信息职业技术学院,　安徽蚌埠233060) 摘　要:介绍了用A ltera公司的FPGA器件(FL EX10K20)实现直接数字频率合成器的工作原理、设计思路及如何与M atlab软件接口进行设计验证。

关键词:数字频率合成;存储器;低通滤波器;电路中图分类号:　TN741　文献标识码:A 文章编号:1007-4260(2004)03-0029-03 1.DD S电路的工作原理目前高速实时信号生成的热点问题是直接数字频率合成(DD S),其基本结构可以分为相位累加型DD S和数据存储型DD S。

直接数字频率合成器(D irect D ig ita l Syn thesizer)是从相位概念出发直接合成所需波形的一种频率合成技术。

一个直接数字频率合成器由基准时钟、相位累加器、波形ROM、D A转换器和低通滤波器(L PF)构成。

DD S的原理框图如图1所示:其中K为频率控制字、f c为基准时钟,N为相位累加器的字长,D为ROM数据位及D A转换器的字长。

相位累加器在时钟f c的控制下以步长K作累加,输出N位二进制码作为波形ROM的地址,对波形ROM进行寻址,波形ROM输出的幅码S(n)经D A转换器变成阶梯波S(t),再经低通滤波器平滑后就可以得到合成的信号波形了。

合成的信号波形形状取决于波形ROM中存放的幅码,因此用DD S可以产生任意波形。

2.DD S电路的设计实现本文将设计完成一个频率和相位均可控制的具有正弦或余弦(当相位为90度时,即为余弦)输出的DD S,频率和相位值的预置与调节由键盘输入,累加器的字长N为10位,波形存储器的地址长度为1000,波形存储器输出的幅码位数为8位,D A转换器选用DA C0832,低通滤波器(L PF)采用压控电压源二阶低通滤波器,并且频率和相位值各由3位数码管指示。

天津师范大学本科毕业论文（设计）题目：基于FPGA的直接数字频率合成器的设计学院：计算机与信息工程学院学生姓名：金宝学号：04509150专业：信息工程年级：2004级完成日期：2008年5月指导教师：李骊基于FPGA的直接数字频率合成器的设计摘要：直接数字频率合成器(DDS)是一种以数字采样技术为基础，以相位累加器为主体的频率合成器。

DDS具有相位噪声低、频率分辨率高、频率转换时间短、工作频带宽线路简洁一系列的优点，是目前战术通信的主要技术基础之一。

本设计是利用FPGA芯片设计直接数字频率合成器，从而实现频率变化、相位变化和幅度变化。

首先对DDS的原理进行了详细讨论，然后通过各种方案的比较和论证，设计实现了基于FPGA的DDS。

设计中采用的是VHDL语言编程，并使用Quartus II软件仿真，通过硬件实现，设计简单，并经实践证明是可行的。

关键字：直接数字频率合成；现场可编程门阵列；硬件描述语言Design and Implementation of Direct Digital FrequencySynthesiZer Based on FPGAAbstract :DDS (Direct Digital Frequency Synthesizer) is a synthesizer which is based on the digital sampling technique and makes phasic accumulator as its principal part. DDS has a series of merits, including low phasic noise, high frequency resolution, short frequency circuitry. It is one of bases of critical technique on tactical communications.This paper designs DDS to implement the changes in frequency, phase and extent by FPGA chips. First of all, it discusses the principle of DDS in detail. Then its design implements DDS based on FPGA by comparing and demonstrating all kinds of schemes. This design is programmed in VHDL language and uses Quartus II as a emulator. The brief design is available after hardware implementation and practical certificate.Key words :Direct Digital Synthesis；FPGA；VHDL目录1 绪论............................................................... - 1 - 1.1 直接数字频率合成技术简介....................................... - 1 - 1.2. DDS的产生..................................................... - 1 - 1.3 直接数字频率合成技术概念....................................... -2 - 1.4 直接数字频率合成技术的工作特点................................. - 2 - 1.5 直接数字频率合成技术在军事通信中的应用......................... -3 - 1.6 课题背景....................................................... - 3 -1.7 课题内容....................................................... - 4 -2 总体方案设计....................................................... - 4 - 2.1 实现DDS的三种技术方案......................................... - 4 -2.1.1 采用高性能DDS单片电路的解决方案............................ - 5 -2.1.2 采用低频正弦波DDS单片电路的解决方案........................ - 6 -2.1.3 自行设计的基于FPGA芯片的解决方案........................... - 6 - 2.2 DDS工作原理.................................................... - 8 -2.2.1 直接频率合成器（DDS）的优缺点............................... - 9 -2.2.2 影响DDS合成技术应用的问题................................. - 11 -2.2.3 技术难点................................................... - 11 - 2.3 现场可编程技术................................................ - 11 -2.3.1 FPGA基本结构.............................................. - 13 -2.3.2 FPGA设计流程.............................................. - 13 -3 数字合成器(DDS)的实现............................................. - 15 - 3.1 VHDL语言简介.................................................. - 15 - 3.2 QuartusII软件简介............................................. - 17 - 3.3 直接数字合成器(DDS)方案的实现................................. - 19 -3.3.1 相位累加器................................................. - 19 -3.3.2 相位调制器................................................. - 21 -3.3.3 正弦查询表ROM ............................................. - 23 -3.3.4 数模转换器DAC ............................................. - 26 -3.3.5 合并——DDS顶层文件....................................... - 26 -4 直接频率合成器DDS的仿真与调试.................................... - 28 - 4.1 综合.......................................................... - 28 - 4.2 仿真.......................................................... - 28 - 4.3硬件实现....................................................... - 29 -4.3.1 配置引脚................................................... - 29 -4.3.2 下载....................................................... - 29 -4.3.3 硬件连接与实现............................................. - 30 -5 总结与展望........................................................ - 31 - 参考文献............................................................ - 32 - 致谢.............................................................. - 33 -1 绪论频率合成器是一种频率稳定度较高的离散间隔型频率信号发生器。

基于FPGA来完成直接数字频率合成器(DDS)的设计摘要在信号发生器的设计中,传统的用分立元件或通用数字电路元件设计电子线路的方法设计周期长,花费大,可移植性差。

本设计是利用EDA技术设计的电路,该信号发生器输出信号的频率范围为20Hz～20KHz，幅度的峰-峰值为0.3V～5V两路信号之间可实现0°～359°的相位差。

侧重叙述了用FPGA来完成直接数字频率合成器(DDS)的设计,DDS由相位累加器和正弦ROM查找表两个功能块组成,其中ROM查找表由兆功能模块LPM_ROM来实现。

而通过设定不同的累加器初值(K1)和初始相位值(K2)，可以调节两路相同频率正弦信号之间的相位差,从而产生两路数字式的频率、相位和幅值可调的正弦波信号，最后通过MAX+plusII演示仿真结果。

与传统的频率合成方法相比，DDS合成信号具有频率切换时间短、频率分辨率高、相位变化连续等诸多优点。

使用单片机灵活的控制能力与FPGA器件的高性能、高集成度相结合，可以克服传统DDS设计中的不足，从而设计开发出性能优良的DDS系统。

关键词：单片机，现场可编程逻辑门阵列，直接数字频率合成，正弦信号发生器,硬件描述语言AbstractIn the designing of the signal generator, the traditional method, which designs electronic circuits using discrete components or general digital circuits components, takes a long time with high cost, what’s more, the transplanting ability of it is unsatisfactory. In this design, the circuit is designed by means of EDA. Its output frequency range is 20Hz to 20KHz with an output amplitude range of 0.3V to 5V(P-P), and the phase difference between two outputs of the two sine signals can be modulated from 0°to 359°.The thesis emphasizing discusses the designing of DDS basing on FPGA. DDS is made up of the phrase accumulator and sine ROM looking-up table, which is realized by functional EAB chip. And through setting different initial accumulator value (K1) and initial phrase value (K2), the difference of phrase between the two sine signals can be changed. As a result, two serials of sine signals with changeable digital frequency, phrase and magnitude are produced. At last, we can show the total course and result with MAX+plusII.Compared with traditional methods of frequency synthesizing, direct digital frequency synthesizing (DDS) has lots of advantages, such as short time of quick frequency exchanging, high frequency resolution, continuous phase changing, etc. Micro-control unit has is characterized by. Many drawbacks can be overcome and a good DDS system with good performance can be developed after combining the flexible control capability of micro-control unit with high performance and integration of the FPGA devices in the same system.Keywords: MCU, FPGA, DDS, ROM sine wave generator, VHDL目录摘要 (I)Abstract (II)1绪言1.1 课题背景 (1)1.2 课题研究的目的和意义 (1)1.3 国内外概况 (2)1.4 课题的主要研究工作 (3)2 系统设计方案的研究2.1 系统的性能要求 (4)2.2 系统实现的原理 (4)2.2.1 DDS的基本原理 (5)2.2.2 FPGA实现的直接数字频率合成器 (6)2.2.3 移相原理 (6)2.3 系统实现方案分析与比较 (8)2.3.1 频率合成器方案 (8)2.3.2 移相方案 (10)2.3.3 存储器方案 (10)2.3.4 存储器寻址方案 (11)3总体设计3.1 FPGA设计DDS电路的具体实现 (12)3.1.1 相位累加器部分 (12)3.1.2 相位/幅度转换电路 (12)3.1.3 波形表生成 (13)3.1.4 D/A转换电路 (13)3.1.5 系统控制电路 (13)3.2 单片机与FPGA的接口设计 (13)3.3现场可编程逻辑器件（FPGA）的选择 (15)3.4 其他电路设计 (16)3.4.1 晶体振荡电路 (16)3.4.2 地址计数脉冲产生电路 (17)3.4.3 幅度控制电路 (17)3.4.4 单片机外扩展存储器电路 (18)3.4.5 滤波、缓冲输出电路 (18)3.4.6 键盘和显示控制电路 (19)4系统的实现4.1 系统的计算与仿真 (20)4.1.1 系统频率、相位和幅度的计算 (20)4.1.2 系统仿真 (21)4.2 单片机的编程实现 (22)5 总结与展望 (23)致谢 (25)参考文献 (26)附录 1 (28)附录2 (29)附录3 (32)1 绪言1.1 课题背景在一些电子设备的电路板故障检测仪中，往往需要频率、幅度都能由计算机自动调节的信号源。

基于FPGA的直接数字频率合成器的设计和实现基于FPGA的直接数字频率合成器的设计和实现摘要：介绍了利用Altera的FPGA器件（ACEX EP1K50）实现直接数字频率合成器的工作原理、设计思想、电路结构和改进优化方法。

关键词：直接数字频率合成（DDS）现场可编程门阵列（FPGA）直接数字频率合成（Direct Digital Fraquency Synthesis,即DDFS，一般简称DDS）是从相位概念出发直接合成所需要波形的一种新的频率合成技术。

目前各大芯片制造厂商都相继推出采用先进CMOS工艺生产的高性能和多功能的DDS芯片（其中应用较为广泛的是AD公司的AD985X系列），为电路设计者提供了多种选择。

然而在某些场合，专用的DDS芯片在控制方式、置频速率等方面与系统的要求差距很大，这时如果用高性能的FPGA器件设计符合自己需要的DDS电路就是一个很好的解决方法。

ACEX 1K是Altera公司着眼于通信、音频处理及类似场合的应用而推出的FPGA器件芯片系列，总的来看将会逐步取代FLEX 10K系列，成为首选的中规模器件产品。

它具有如下特点：（1）ACEX 1K采用查找表（LUT）和EAB（嵌入式阵列块）相结合的结构，特别适用于实现复杂逻辑功能存储器功能，例如通信中应用的数字信号处理、多通道数据处理、数据传递和微控制等。

（2）典型门数为1万到10万门，有多达49152位的RAM（每个EAB有4096位RAM）。

（3）器件内核采用2.5V电压，功耗低，能够提供高达250MHz 的双向I/O功能，完全支持33MHz和66MHz的PCI局部总线标准。

（4）具有快速连续式延时可预测的快速通道互连（Fast Track）；具有实现快速加法器、计数器、乘法器和比较器等算术功能的专用进位链和实现高速多扇入逻辑功能的专用级连接。

ACEX EP1K50具有典型门数50000门，逻辑单元2880个，嵌入系统块10个，完全符合单片实现DDS电路的要求。

《基于FPGA的PLL+DDS的频率合成器》篇一一、引言随着电子技术的不断发展，频率合成器在通信、雷达、测距等众多领域扮演着越来越重要的角色。

为了满足日益增长的高频、高精度、高稳定性的需求，基于FPGA（现场可编程门阵列）的PLL（锁相环）+DDS（直接数字频率合成器）的频率合成器逐渐成为研究热点。

本文将详细介绍基于FPGA的PLL+DDS的频率合成器的设计原理、实现方法及其应用优势。

二、设计原理1. PLL原理PLL是一种闭环控制系统，通过比较输入信号与内部产生的参考信号的相位差，自动调整输出信号的相位和频率，使其与输入信号保持同步。

在频率合成器中，PLL用于提供稳定的参考频率。

2. DDS原理DDS是一种数字信号处理方法，通过将所需的信号进行数学运算后存储在数字存储器中，再由数模转换器（DAC）转换成实际模拟信号输出。

在频率合成器中，DDS主要用于实现宽范围的频率变化。

3. FPGA的作用FPGA具有高度的可编程性和并行处理能力，可以实现对PLL和DDS的控制和优化。

通过FPGA，可以实现对频率合成器的快速配置和灵活调整，以满足不同应用的需求。

三、实现方法1. 硬件设计基于FPGA的PLL+DDS的频率合成器硬件设计主要包括FPGA芯片、PLL模块、DDS模块、数模转换器（DAC）等部分。

其中，FPGA芯片负责整个系统的控制和数据处理；PLL模块提供稳定的参考频率；DDS模块实现宽范围的频率变化；DAC将数字信号转换成实际模拟信号输出。

2. 软件设计软件设计主要包括FPGA的编程和控制逻辑设计。

通过编写FPGA程序，实现对PLL和DDS的控制和优化，以及与外部设备的通信和数据传输。

此外，还需要进行算法设计和仿真验证，以确保系统的稳定性和可靠性。

四、应用优势1. 高精度和高稳定性基于FPGA的PLL+DDS的频率合成器具有高精度和高稳定性的特点，可以满足各种高精度应用的需求。

通过PLL和DDS 的结合，可以实现精确的频率控制和调整，同时通过FPGA的控制和优化，可以进一步提高系统的稳定性和可靠性。

《基于FPGA的PLL+DDS的频率合成器》篇一一、引言随着通信技术的飞速发展，频率合成器作为通信系统中的关键部分，其性能的优劣直接影响到整个系统的性能。

FPGA（现场可编程门阵列）因其强大的并行处理能力和可定制性，被广泛应用于频率合成器的设计与实现。

本文将详细介绍基于FPGA的PLL（锁相环）+DDS（直接数字合成器）的频率合成器设计及其优势。

二、PLL与DDS的基本原理1. 锁相环（PLL）PLL是一种用于同步两个信号的电路，其基本原理是通过比较输入信号与参考信号的相位差，自动调整输出信号的相位和频率，以实现两者之间的同步。

PLL在频率合成器中起着核心作用，用于生成精确且稳定的频率信号。

2. 直接数字合成器（DDS）DDS是一种利用数字方式生成信号的电路，它通过将信号采样并进行编码调制，产生模拟的连续信号。

DDS在频率合成器中具有快速转换、低功耗和相位噪声小等优点。

三、基于FPGA的PLL+DDS频率合成器的设计基于FPGA的PLL+DDS频率合成器设计，是将PLL和DDS 的优势相结合，利用FPGA的高性能和灵活性实现高精度的频率合成。

设计过程中，首先需要根据应用需求确定频率合成器的性能指标，如输出频率范围、频率切换速度等。

然后，通过FPGA 实现PLL和DDS的功能模块，包括相位比较器、环路滤波器、数字波形存储器和D/A转换器等。

最后，通过FPGA内部的逻辑控制单元将PLL和DDS模块进行连接和协调，实现频率的合成与输出。

四、FPGA在频率合成器中的应用优势FPGA在频率合成器中的应用具有以下优势：1. 高性能：FPGA具有强大的并行处理能力，可以快速实现复杂的算法和逻辑控制，提高频率合成器的性能。

2. 灵活性：FPGA具有可定制性，可以根据应用需求灵活调整电路结构和功能模块，实现不同性能指标的频率合成器。

3. 低功耗：与传统的硬件电路相比，FPGA具有较低的功耗，有利于降低系统的能耗。