基于MCU与FPGA的DDS信号发生器的研究与实现

摘要

直接数字频率合成(简称DDS或DDFS)技术是近年来发展起来的一种新的频率合成技术。它将先进的数字处理理论与方法引入到信号合成领域，标志着第三代频率合成技术的出现。随着数字电路和微电子技术的发展，DDS技术日益显露出它的优越性。目前，DDS技术已经在雷达系统、通信系统、仪器仪表和电子对抗等领域得到了十分广泛的应用。
　　 本文首先深入分析了DDS合成技术的基本工作原理和基本构成，在此基础上研究并实现一种基于MCU和FPGA双核的DDS设计方案，论文详细阐述了该信号发生器的体系结构，并进行了软硬件的设计和电路实现思想的分析，并以ALTERA公司的EPF10K10LC84-4芯片和AT89C51为核心芯片，利用开发工具MAX+PLUSII和Keil c51，并结合硬件描述语言VHDL和C语言进行系统软件设计。实验结果表明，系统的性能指标均达到了系统设计要求，且具有使用简单、集成度高，采用该方法设计的信号发生器输出的波形与传统的波形发生器相比，具有波形平滑、波形稳定度高、频率稳定度和分辨率高等优点。
　　 直接数字式频率合成方法是目前所有频率合成方法中比较先进的方法之一，但是它在合成信号的带宽方面还存在固有的缺陷，这限制了它在频率合成领域中更加广泛的使用。本文的最后给出了下一步工作的建议，以期进一步完善频率合成的性能指标。

目录

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第一章 绪论

1.1 频率合成的概念及发展历史

1.2 DDS技术的主要特点及应用

1.3 DDS技术发展的现状

1.4 本文研究的内容与实际意义

第二章 DDS技术的基本理论

2.1 DDS的工作原理

2.2 DDS的结构

2.2.1 相位累加器

2.2.2 正弦查询表ROM

2.2.3 数模转换器DAC

2.3 参数选择原理及方案分析

第三章 系统实现的软硬件平台

3.1 软件平台分析

3.1.1 Altera MaxPlus Ⅱ

3.1.2 Keil C51

3.2 硬件平台分析

3.2.1 EDA综合开发系统

3.2.2 在线仿真器伟福V5/L

第四章 系统硬件电路设计

4.1 系统方案论证

4.2 系统总体方案的设计

4.3 关键芯片分析

4.4 人机交互电路设计

4.4.1 键盘控制单元

4.4.2 数码管显示单元

4.5 信号处理电路设计

4.5.1 RAM波形存储

4.5.2 D/A及外同电路

4.5.3 滤波电路的设计

4.6 系统总线设计

第五章 系统软件设计

5.1 FPGA子系统的程序设计

5.1.1 FPGA设计流程

5.1.2 FPGA各模块的方案设计

5.1.3 系统参数设计与算法

5.1.4 FLEX10K10管脚的定义分析

5.2 MCU子系统的程序设计

5.2.1 MCU主程序流程图

5.2.2 MCU子程序的方案设计

5.3 程序的下载

第六章 系统测试与分析

6.1 系统调试的步骤

6.2 输出波形测试

6.2.1 波形仿真结果

6.2.2 实际输出波形示例

6.3 结果分析

第七章 总结与展望

7.1 工作总结

7.2 工作展望

致 谢

参考文献