小编推荐：基于DDS技术的波形发生器设计与仿真

1.引言

DDS频率合成器具有频率分辨率高，输出频点多，可达2N个频点(假设DDS相位累加器的字长是N)；频率切换速度快，可达us量级；频率切换时相位连续的优点，可以输出宽带正交信号，其输出相位噪声低，对参考频率源的相位噪声有改善作用；可以产生任意波形；全数字化实现，便于集成，体积小，重量轻。

本文介绍了DDS的基本原理，同时针对DDS波形发生器的FPGA实现进行了简要介绍，利用SignalTapII嵌入式逻辑分析仪对正弦波、三角波、方波、锯齿波进行仿真验证。

2.DDS波形发生器的FPGA实现

FPGA的应用不仅使得数字电路系统的设计非常方便，而且它的时钟频率已可达到几百兆赫兹，加上它的灵活性和高可靠性，非常适合用于实现波形发生器的数字电路部分。使用FPGA设计DDS电路比采用专用DDS芯片更为灵活，只需改变FPGA中的ROM数据，DDS就可以产生任意波形，具有相当大的灵活性。

2.1 FPGA设计流程

FPGA的设计框图如图1所示，FPGA的主要功能是：产生与外围电路的接口电路，使其能够接受外围逻辑控制信号；保存频率字，并构成相位累加器，产生与主时钟相同频率的RAM寻址字；用内部的存储块构成存放多种波形数据的ROM，并通过相应的控制线进行选择；构造出两个多波形选择输出的输出通道，其中的一路通道可具备移相功能；用内部的PLL倍频外部低频晶振，并输出与主时钟同频的时钟，驱动片外高速D/A。

2.2 DDS控制模块

(1)频率控制字输入模块

频率控制字输入模块如图2所示，数据选择器控制输入16位频率控制字。

(2)步进频率控制模块

步进频率控制模块如图3所示，通过一个乘法器来控制步进频率，具体算法如下：f步进=fc*2147/232。

通过改变乘法器的乘数来改变步进频率。要使步进为1Hz那么乘法器的乘数为22。

(3)波形存储器设计

波形数据ROM就是存放波形数据的存储器，大多波形发生器产品都将波形数据存放在外部的ROM中，这样使得各部分结构清晰，测试、维护更加方便但由于ROM本身读取速度慢的缺点，使得整个系统性能下降，工作频率下降，为了解决以上问题，本设计使用的是用FPGA设计出ROM，在FPGA中存放波形数据，使用Quartus II9.0中的Mega Wizard Plug-In Manager来生成一个ROM，如图4所示。

Mega Wizard Plug-In Manager的设置，根据设计的要求，经过七步的设置，就可以生成一个ROM的IP核。当在波形ROM中固化所需波形的一个周期的幅度值后，由地址发生器产生的地址对波形ROM寻址，依次可取出送至D/A转换及滤波后即可得到所需的模拟波形输出。计算波形数据可以有两种方法：C语言与matlab计算。

3.仿真实验结果

按照第2节的系统设计，设计程序下载到FPGA芯片，使用QuartusII软件自带SignalTapII嵌入式逻辑分析进行仿真，观察信号波形图，正弦波如图5，三角波如图6，方波如图7，锯齿波如图8。

4.总结

经实验结果表明，通过DDS技术合成的波形具有良好的稳定性，易于控制和调节，利用FPGA能在很短时间内快速构建任意波形，提高了设计效率，具有实际应用价值。