基于FPGA的直接数字合成器的设计

郑州科技学院

《数字电子技术》课程设计

题 目 直接数字频率合成器设计

学生姓名

专业班级

学 号

院 （系）

指导教师

完成时间

目 录

1. 课程设计的目的 .................................. 1

2. 课程设计的任务与要求 ............................. 1

3. 设计方案与论证 .................................. 1

3.1 地址发生器组成 .............................. 2

3.2 波形数据存储器 .............................. 2

3.3 数模转换器 .................................. 3

4. 设计原理及功能说明 .............................. 3

4.1 2716 EPROM的地址信号 ....................... 4

4.2 DAC0832的单缓冲器方式 ...................... 4

4.3 波形的输出和调整 ............................ 4

4.4 波形数据 .................................... 4

5. 硬件的制作与调试 ................................ 4

6. 总结 ............................................ 8

２００８年２月　电　脑　学　习　第１期　

基于ＭＣＵ＋ＦＰＧＡ双系统架构下的　

直接数字频率合成技术设计　

王海燕’　高之圣　王守权”　

摘　要：介绍了ＤＤＳ技术在ＭＣＵ＋ＦＰＧＡ双系统的一种实现方法。重点介绍了ＭＣＵ的控制系统设计与现场可编程　

逻辑门阵列ＦＰＧＡ实现直接数字频率合成的原理及其电路结构．并给出了利用ＡＬ１ＥＩ　公司的Ｆｌｅｘ１０Ｋ系　

列ＥＰＦ１０Ｋ１０ＬＣ８４—４设计实现方案。　

关键词：直接数字频率合成（ＤＤＳ）　ＭＣＵ　现场可编程逻辑门阵列ｆ　ＦＰＧＡ）　

中图分类号：ＴＮ７４１　文献标识码：Ｂ　文章编号：１００２—２４２２（２００８）０１－００１３—０２　

Ｄｅｓｉｇｎ　ｏｆ　Ｄｉｒｅｃｔ　Ｄｉｇｉｔａｌ　Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ　Ｓｙｎｔｈｅｓｉｓ　ｏｎ　ｔｈｅ　ｈａｓｉｓ　ｏｆ　ＭＣＵ　ａｎｄ　ＦＰＧＡ　

Ｗａｎｇ　Ｈｍｙａｎ　Ｇａｏ　Ｚｈｉｓｈｅｎｇ　Ｗａｎｇ　Ｓｈｏｕｑｕａｎ　

Ａｂｓｔｒａｃｔ：　

Ｋｅｙｗｏｒｄ：　Ａ　ｍｅｔｈｏｄ　ｏｆ　ａｃｈｉｅｖｉｎｇ　ＤＤＳ　ｔｈｒｏｕｇｈ　ＭＣＵ　ａｎｄ　ＦＰＧＡ　ｉｓ　ｇｉｖｅｎ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｐａｐｅＬ　ｔｈｅｎ　ｔｈｅ　ｃｏｎｔｒｏｌｌｉｎｇ　ｃｉｒｃｕｉｔ　ｂｙ　

ＭＣＵ　ａｎｄ　ｔｈｅ　ｐｒｉｅｉｐｌｅ　ａｎｄ　ｉｔｓ　ｃｉｒｃｕｉｔ　ｂｙ　ＦＰＧＡ　ａｒｅ　ｅｍｐｈａｓｉｚｅｄ．Ａｔ　ｌａｓｔ　ｔｈｅ　ｄｅｓｉｇｎ　ｉｓ　ｓｕｃｃｅｅｄｅｄ　ｂｙ　ＥＰＦ１—　

０Ｋ１０Ｌｃ８４—４　ｏｆ　ｆｌｅｘ　１０ｋ　ｆａｍｉｌｙ　ｐｒｏｄｕｃｅｄ　ｂｙ　ＡＬＴＥＲＡ　ｃｏｍｐａｎｙ．　

Ｄｉｒｅｃｔ　Ｄｉｇｉｔａｌ　Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ　Ｓｙｎｔｈｅｓｉｓ　Ｍｉｃｒｏ—ｃｏｎｔｒｏｌ　Ｕｎｉｔ　Ｆｉｅｌｄ　Ｐｒｏｇｒａｍ　Ｌｏｇｉｃ　Ｇａｔｅ　Ａｒｒａｙ　

ＤＤＳ技术在相对带宽、频率转换时间、相位连续性、高　

分辨率以及集成化等一系列性能指标方面已远远超过了　

基于FPGA的通信电子信号处理设计

随着信息技术的不断发展，通信电子技术在现代化社会中的应用变得越来越广泛。在通信电子领域中，传统的数字信号处理技术已越来越无法满足未来通信技术的需求。基于FPGA的通信电子信号处理技术以其灵活性、可重构性、高性能与低功耗等特点，成为了现代化通信领域的一个重要的研究方向。下面，本文将从FPGA的应用角度出发，系统地介绍通信电子信号处理设计的相关知识。

一、FPGA的特点

FPGA（Field Programmable Gate Array）是一种可编程逻辑器件。由于其可现场编程的特性，FPGA可以实现底层硬件逻辑的可编程化，能够方便地配置和优化硬件系统，从而更好地适应各种应用的需求。FPGA可以被看作是自定义集成电路（ASIC）的一种替代品。FPGA的特点主要有以下几点：

1、适应性强：FPGA具有使用方便，开发时间短，开发成本低等优点；同时还可以根据用户需求定制开发，适用范围广。

2、高性能：由于内置对实现高速逻辑运算的块RAM，FPGA可以在很短的时间内完成许多高速运算。

3、灵活性：FPGA采用可编程的方式进行设计，因此可以根据不同的需求进行各种不同的编程以达到各种不同功能的实现。

4、可重用性：FPGA的设计可以重复使用，便于对同一功能的不同实现进行比较。

因此，FPGA被广泛应用于各类计算机、通信电子、航空航天电子和军事电子等领域。

二、FPGA在通信电子信号处理设计中的应用

随着数字通信技术的不断发展，各种新型通信技术与系统层出不穷，而FPGA对于这些新型通信技术和系统的开发与实现有着很好的应用前景。下面，本文将从信号数字化、通信协议处理、通信功率控制等方面阐述FPGA在通信电子领域中的应用。

1、信号数字化

信号数字化是通信电子领域中的重要领域之一，它的主要作用是将模拟信号转化为数字信号。在数字通信系统中，采用的模拟调制技术包括调幅、调频和调相。而数字通信需要对数字信号进行模拟解调处理。这时候，FPGA可由实现信号采集、滤波、数字信号解调等操作。同时，在信号数字化过程中，FPGA可以实时调整采集参数，进而控制信号的采集质量和数据处理效率。

２００７牟第８期　

中图分类号：ＴＮ９１１　文献标识码：Ａ　文章编号：１００９—２５５２（２０ｃｒ７）０８—０３７３～０３　

利用ＦＰＧＡ设计与实现直接数字频率合成器　

王小利，董晓舟　

（山东大学威海分校信息工程学院，威海２６４２０９）　

摘要：现代直接数字频率合成技术在通信及信号处理中应用广泛。使用ＦＰＧＡ的设计方案较之　专用芯片有着设计灵活、可定执行强的特点。介绍了在ＦＰＧＡ中实现ＤＤＦＳ的算法原理以及如何　结合ＰＩＥ）设计的优化方法选取合适的设计参数，并最终通过ＶＨＤＬ语言和Ｑｕａｒｔｕｓ　ＩＩ软件在Ａｈｅｒａ　公司的ＡＣＥＸ　ＥＰ１Ｋ３０器件上的设计实现过程。设计使用Ｑｕａｒｔｕｓ　ＩＩ软件完成时序仿真，并使用　ＭＡＴＬＡＢ编写了最终的模拟仿真程序。　关键词：直接数字频率合成；现场可编程逻辑门阵列；ＶＨＤＬ；ＭＡＴＬＡＢ仿真　

Ｄｅｓｉｇｎ　ｏｆ　ＤＤＦＳ　ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ＦＰＧＡ　ａｎｄ　ｉｔｓ　ｉｍｐｌｅｍｅｎｔａｔｉｏｎ　

ＷＡＮＧ　Ｘｉａｏ—ｌｉ．Ｄ０ＮＧ　Ｘｉａｏ—ｚｈｏｕ　（Ｃｏｌｌｅｇｅ　ｏｆ　Ｉｎｆｏｒｍａｔｉｏｎ　ａｎｄ　Ｅｎｇｔｎｅｅｒ￣ｇ，Ｓｈａｎｄｏｎｇ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ　ａｔ　Ｗｅｉｈａｉ，Ｗｅｉｈａｉ　２６４２０９，Ｃｈｉｎａ）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｄｉｒｅｃｔ　ｄｉｇｉｔａｌ　ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ　ｓｙｎｔｈｅｓｉｓ　ｉｓ　ｕｓｅｄ　ｗｉｄｅｌｙ　ｉｎ　ｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎ　ａｎｄ　ｓｉｇｎａｌ　ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ．Ｔｈｅ　ｄｅ—　ｓｉｇｎ　ｏｆＤＤＦＳ　ｗｉｔｈ　ＦＰＧＡｓ　ｉｓ　ｍｕｃｈ　ｆｌｅｘｉｂｌｅ　ａｎｄ　ｐｒｏｇｒａｍｍａｂｌｅ　ｔｈａｎ　ｓｐｅｃｉａｌ　ＣＭＯＳ　ｃｈｉｐ．１１１ｉｓ　ｐａｐｅｒ　ｉｎｔｒｏｄｕｃｅｓ　ｔｈｅ　ａｒｉｔｈｍｅｔｉｃ　ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ　ｏｆＤＤＦＳ　ｗｉｔｈ　ＦＰＧＡ　ａｎｄ　ｉｔ　ａｌｓｏ　ｐｒｅｓｅｎｔｓ　ｈｏｗ　ｔｏ　ｓｅｌｅｃｔ　ｔｈｅ　ｐａｒａｍｅｔｅｒｓ　ｗｈｉｃｈ　ｃａｎ　ｉｍ—　ｐｒｏｖｅ　ｓｙｓｔｅｍ　ｃａｐａｂｉｌｉｔｙ　ｗｉｔｈ　ＰＬＤ　ｏｐｔｉｍｉｚａｔｉｏｎ　ｍｅｔｈｏｄ．１１１ｉｓ　ｄｅｓｉｇｎ　ｉｍｐｌｅｍｅｎｔｓ　ｔｈｅ　ＤＤＦＳ　ｌｏｇｉｃ　ｗｉｔｈ　ＶＨＤＬ　ａｎｄ　Ａｈｅｒａ　ＡＣＥＸ　ＥＰ１　Ｋ３０　ｄｅｖｉｃｅ　ａｎｄ　ｆｉｎｉｓｈｅｓ　ｔｈｅ　ｔｉｍｉｎｇ　ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ　ｉｎ　Ｑｕａｒｔｕｓ　ＩＩ　ｓｏｆｔｗａｒｅ．Ｆｉｎａｌｌｙ　ｔｈｅ　ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ