基本信息
- 项目名称：
- 一种基于DDS技术的数字移相信号发生器及其FPGA实现
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”省赛作品
- 小类：
- 信息技术
- 大类：
- 科技发明制作B类
- 简介：
- DDS即直接频率合成器，是一种新型的频率合成技术，具有较高的频率分辨率，可以实现快速的频率切换，并且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，在现代电子系统及设备的频率源设计中，尤其是在通信领域，其运用也越来越广泛。
- 详细介绍：
- 本设计将基于DDS的数字移相信号发生器分为5个功能模块，即波形数据ROM模块，32位加法器模块，10位加法器模块，32锁存器模块和10位锁存器模块。整个系统采用模块化设计，采用QuartsII设计各个功能模块，使用文本输入VHDL设计各个功能模块，然后再顶层设计作为组件，从而实现一个完整的数字移相发生器电路。电路要求能输出2路正弦信号，由2路10位D/A实现波形输出。信号频率能通过输入的8位频率控制字同步控制；其中一路作为参考信号，另一路是可移相得信号，可通过输入的8位相位控制字控制。其中“FWORD”是8位频率控制字，控制输出波形信号的频移量；“PWORD”是8位相移控制字，控制输出波形的相移量；ADDER32B及分别为32位和10位加法器；SIN_ROM是存放波形数据的ROM，10位数据线，10位地址线（数据和地址线最大可以到32位），其中正弦波数据文件是后缀为mif的文件（可由VC++生成）；REG32B和REG10B分别是32位和10位寄存器；POUT和FOUT为10位输出，可以分别与两个高速D/A连接，输出参考信号和可移相波形信号。
作品图片
作品专业信息
设计、发明的目的和基本思路、创新点、技术关键和主要技术指标
- 传统的模拟移相不能实现任意波形的移相，这是由传统的模拟移相电路的幅相特性所决定，对于方波、三角波、锯齿波等非正弦信号各次谐波的相移、幅值衰减不一致，从而导致输出波形发生畸变。DDS可产生任意频率的正弦波信号和任意波形的信号，只需改变ROM查找表中的数据。利用DDS子系统还可容易的设计PSK调制器和QAM调制器。用FPGA实现DDS系统设计，一方面可得到较高的工作频率，另一方面由于FPGA具有良好的系统结构可重配置特性，且有功能强大的开发软件和许多软、硬IP核，使得设计更灵活，修改更方便，升级更快捷，因此基于FPGA的系统设计将得到更广泛的应用。用FPGA实现DDS调频信号电路较采用专用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。相比之下，DDS的功能完全取决于设计需求，可以复杂也可以简单，而且FPGA芯片还支持在系统现场升级。另外，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来设计DDS系统具有很高的性价比。由于传统的模拟移相有许多不足，如移相输出波形易受输入波形的影响，移相角度与负载的大小和性质关，移相精度不高，分辨率较低等。
科学性、先进性
- 随着电子技术的发展，能够产生各种波形信号的数字式信号发生器的应用也越来越广泛，移相信号发生器属于信号源的一个重要组成部分，但传统的移相有许多的不足，如移相输出波形易受输入波形的影响，移相角度与负载的大小和性质有关，移相精度不高，分辨率较低等。而且，传统的模拟移相不能实现任意波形的移相，目前，利用DDS技术产生信号源的方法得到了广泛的应用，DDS技术已成为频率合成技术发展的主流方向。由于它的高度集成性，对于简化电子系统的设计方案，降低硬件的复杂程度，提高系统的整机性能意义重大。针对数字信号源的特点，利用Altera的多平台开发环境QuartusⅡ提供的MegaWizard Plug-In Manager来定制正弦信号数据ROM宏功能块，并将预先计算好的正弦函数值加载于该模块，同时利用可编程器件FPGA的强大时序控制功能产生参考信号和可移相正弦信号。可以预料将来DDS产品的时钟频率将越来越高，杂散会越来越低，价格也将更低，DDS产品将会得到普遍的应用和发展。
获奖情况及鉴定结果
- 无
作品所处阶段
- 完成
技术转让方式
- 无
作品可展示的形式
- 实物展示
使用说明,技术特点和优势,适应范围,推广前景的技术性说明,市场分析,经济效益预测
- DDS可产生任意频率的正弦波信号和任意波形的信号，只需改变ROM查找表中的数据。利用DDS子系统还可容易的设计PSK调制器和QAM调制器。用FPGA实现DDS系统设计，一方面可得到较高的工作频率，另一方面由于FPGA具有良好的系统结构可重配置特性，且有功能强大的开发软件和许多软、硬IP核，使得设计更灵活，修改更方便，升级更快捷，因此基于FPGA的系统设计将得到更广泛的应用。用FPGA实现DDS调频信号电路较采用专用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。相比之下，DDS的功能完全取决于设计需求，可以复杂也可以简单，而且FPGA芯片还支持在系统现场升级。另外，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来设计DDS系统具有很高的性价比。
同类课题研究水平概述
- 信号发生器是一种最悠久的测量仪器，早在20年代电子设备刚出现时它就产生了。随着通信和雷达技术的发展，40年代出现了主要用于测试各种接收机的标准信号发生器，使信号发生器从定性分析的测试仪器发展成定量分析的测量仪器。同时还出现了可用来测量脉冲电路或用作脉冲调制器的脉冲信号发生器。由于早期的信号发生器机械结构比较复杂，功率比较大，电路比较简单，因此发展速度比较慢。但在现代工业自动化系统中，经常用到信号发生器，其在各个领域发挥着重要的作用。随着电子测量及其他部门对各类信号发生器的广泛需求及电子技术的迅速发展，促使信号发生器种类日益增多，性能日益提高，尤其随着70年代微处理器的出现更促使信号发生器向着自动化、智能化发展，但还是存在一些问题。直到近年来现场可编程门阵列（FPGA）技术得到快速的发展和广泛的应用，其资源容量、工作频率以及集成度都得到了极大的提高，使得利用FPGA实现某些专用数字集成电路得到了大家的关注，而基于FPGA实现的信号发生器和以前相比有着灵活的接口和控制方式、较短的转换时间、较宽的宽带、以及相位连续变化和频率分辨率较高等优点，比起专用芯片功耗也低，为信号发生器的发展提供了一种新的设计方法和思路。
