基于DDS的双通道可移相的任意波形发生器设计

论文摘要

任意波形发生器(AWG)与示波器等电子测量仪器一样,是电子工程师进行实验、测试和调试工作中不可缺少的电子仪器,AWG的历史较短,它与传统的信号发生器或波形发生器不同,它不但能产生正弦波、方波、指数波等常用标准信号,还能产生测试中经常用到的加扰的多种波形,能快速地为解决测试工程问题所提供的传统信号发生器办不到的实验手段。直接数字频率合成(DDS)技术是七十年代初产生的一种新的频率合成技术,随着现场可编程门阵列器件(FPGA)价格降低和性能的提高而广泛应用,为现代电子数字系统的设计提供了一种全新的设计模式。本论文将这两项技术结合起来,并利用市面广泛应用的ARM微控制器,设计了一种双通道可移相的AWG。本文首先介绍了任意波形发生器的研究背景和直接数字频率合成技术的基本理论。然后介绍了本设计中所用到的Altera公司的CycloneⅢ系列的EP3C25Q240C8现场可编程门阵列作为DDS的设计平台,充分利用了该器件的并行性和丰富的门电路等资源。处理器选用三星公司的S3C2440A作为控制芯片。利用Altera的软件开发环境Quartus II并结合Verilog HDL的硬件描述语言,完成了双通道可相移AWG的设计工作。在此基础上对DDS的模块的体系结构进行了方案论证,确定方案以后对其进行了相应的设计和仿真,然后对双通道波形的移相方式进行相关的论证和设计以后,在自制的硬件平台设计上对可移相AWG进行仿真实验,使两路输出波形能实现0°～360°范围内移相,移相可达到优于0.040的分辨率,频率步进可达到优于0.18μHz的分辨率,以适应更广泛的应用场合。在本论文中还设计了FPGA芯片与ARM之间的并行通信接口,使ARM与FPGA能够正常通信。然后通过实验,并对所设计的AWG系统进行了测试,还分析了该波形发生器的实验结果和达到的性能指标。最后,针对本设计中的一些不足,总结了设计中的一些心得体会,提出了改进建议。通过对测试结果的分析,本设计达到设计要求,并证明了采用软硬件结合,利用FPGA实现基于DDS架构的双通道可移相的任意波形发生器的设计是可行的。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 本课题的来源及研究意义
• 1.2 任意波形发生器的概述
• 1.3 国内外波形发生器的研究现状
• 1.4 本章小结
• 第二章 直接数字频率合成器的基本理论
• 2.1 频率合成技术综述
• 2.2 DDS的基本原理及结构
• 2.3 DDS的特性分析
• 2.4 DDS的主要优缺点
• 2.5 本章小结
• 第三章 DDS的体系结构设计及仿真实验
• 3.1 DDS的方案论证与方案设计
• 3.2 基于流水线技术的DDS设计
• 3.3 基于并行相位生成电路与并串转换相结合的DDS设计
• 3.4 双通道移相方式的选择与论证
• 3.5 波形存储器设计
• 3.6 DDS的仿真实验
• 3.7 本章小结
• 第四章 可移相AWG的体系结构、仿真和实验
• 4.1 系统的方案设计
• 4.2 系统的主要性能
• 4.3 DDS的FPGA实现
• 4.4 各模块的设计与仿真
• 4.5 本章小结
• 第五章 FPGA与微控制器的接口设计
• 5.1 ARM与FPGA的硬件连接设计
• 5.2 总线接口逻辑设计
• 5.3 总线接口模块设计
• 5.4 接口的VERILOG HDL实现
• 5.5 本章小结
• 第六章 系统测试结果及分析
• 6.1 输出波形测试
• 6.2 频率及相位测量
• 6.3 本章小结
• 第七章 总结与展望
• 致谢
• 参考文献
• 作者简介
• 攻读硕士学位期间研究成果