FPGA实现的波形数据接收模块设计

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3.0 韩鲁英 2024-09-24 15 4 205.5KB 3 页 150积分

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基于 DDS 技术和 FPGA 的任意波形发生器设计

摘要：按照 DDS 的基本原理，以 QuartusII 软件平台作为开发工具，对 FPGA 芯片 EP1C3T144C8 实现的 DDS 结构中的数字部

分及该部分与单片机的接口进行了设计。使用虚拟仪器设计语言 Lab Windows/CV 工作为开发工具，设计实现任意波形发生

器的操作面板。通过在操作面板上选择正弦波、方波、三角波、锯齿波等常规波形或手动绘制测试需求的任意波形，并设置波

形参数，产生符合接收要求的波形数据，进而控制硬件模块产生相应的波形信号。

关键词:任意波形发生器，直接数字频率合成，现场可编程门阵列，Lab Windows/CVI

Design of Arbitrary Waveform Generator based on DDS and FPGA

Abstract: Based on the theory of DDS, it uses Quartus II as the platform and uses FPGA chip EP1C3T144C8 to design the digital part

in DDS structure and designs interface with MCU. It uses Lab Windows/CVI to design the operate panel of arbitrary waveform

generator. On the panel User can choose conventional waves such as sine wave, square wave, triangle wave, saw tooth wave etc., and

sets wave parameters to bring waveform data and control instrument generate corresponding waveform.

Key words: Arbitrary Waveform Generator DDS, FPGA, Lab Windows/CVI

任意波形发生器是现代测试领域应用最为广

泛的通用仪器之一，代表了信号源的发展方向。直

接数字频率合成(DDS)是一种全数字的频率合成技

术，其查表合成波形的方法可以满足产生任意波

形的要求[1]。现场可编程门阵列(FPGA)具有高集成

度、高速度、能实现大容量存储器功能的特性，能

有效地实现DDS技术。

1.DDS 频率合成器的基本原理

DDS 是一种全数字的频率合成方法，其基本结

构主要由相位累加器、波形 ROM、D/A 转换器和低通

滤波器四个部分构成，如图 1 所示[1-2]。

图 1 DDS 的基本结构

相位累加器由一个 N 位的加法器和一个 N 位的

寄存器构成，通过把上一个时钟的累加结果反馈

回加法器的输入端而实现累加功能。从而使输出结

果每一个时钟周期递增 K。这里 N 为相位累加器的

字长，K 称为频率控制字。

当 ROM 地址线上的地址(相位)改变时，数据线

上输出相应的量化值(波形幅度量化序列)。

D/A 转换器将波形 ROM 输出的幅度量化列转换

成对应的电平输出，将数字信号转换成模拟阶梯

信号。低通滤波器对 D/A 转换器输出的模拟阶梯信

号进行平滑处理，形成平滑的波形输出。

频率控制字 K 唯一地确定一个单频模拟余弦信

号的频率：

式1

2.FPGA 实现的波形数据接收模块设计

用 FPGA 实现的任意波形发生器是基于 DDS 的

基本原理[3]。只是为了实现任意波形发生器的任意

性，DDS 基本结构中的 ROM 要换为数据可以改写的

RAM，这样，通过与 RAM 的接口电路将波形 RAM 中

的数据进行更新，就可以实现波形发生器的任意

性。FPGA 中所实现的各电路模块连接关系如图 2 所

示。下面分控制部分、相位累加器、波形 RAM 等几个

部分来叙述任意波形发生器数据接收模块的实现。

图 2 FPGA 实现的电路示意图

2.1 控制模块设计

控制模块主要解决 DDS 与单片机的接口问题。

在FPGA 的实现中，主要设计了三个模块，一个

是输入寄存器模块，用于接收单片机写入的频率

控制字；另一个为地址选择模块，单片机根据不

同的地址来选择 FPGA 中各模块进行工作；第三

个是地址锁存模块，用于解决单片机 P0 口地址和

数据线复用的问题。

输入寄存器模块主要是为了接收单片机写入

的频率控制字，在设计中，DDS 采用了 32 位的相

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摘要：

基于DDS技术和FPGA的任意波形发生器设计摘要：按照DDS的基本原理，以QuartusII软件平台作为开发工具，对FPGA芯片EP1C3T144C8实现的DDS结构中的数字部分及该部分与单片机的接口进行了设计。使用虚拟仪器设计语言LabWindows/CV工作为开发工具，设计实现任意波形发生器的操作面板。通过在操作面板上选择正弦波、方波、三角波、锯齿波等常规波形或手动绘制测试需求的任意波形，并设置波形参数，产生符合接收要求的波形数据，进而控制硬件模块产生相应的波形信号。关键词:任意波形发生器，直接数字频率合成，现场可编程门阵列，LabWindows/CVIDesignofArbitraryW...

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