基于FPGA与DDS技术的任意波信号发生器设计

摘要

信号发生器广泛应用在航空航天、通信、电子测量等工业生产、科研、教学各领域，随着现代测试领域的不断拓展，被测设备的信号种类变得越来越复杂，传统的信号发生器已经不能满足实际测试的需要。任何波形发生器的出现解决了这一难题。它不但可以生成常见的测试激励信号，还可以通过波形编辑软件生成任意波形信号，给科研和生产带来了极大地便利，过去需要到现场测试时现在需可以在实验室进行。随着现代电子测量技术的快速发展，任意波形发生器正朝着小型化、智能化、虚拟化、测试自动化的方向发展。
　　本研究介绍了信号发生器及虚拟仪器的历史背景和发展现状，阐述了直接数字频率合成技术（DDS）的原理和技术特点，并对DDS技术理想情况下的频谱和实际杂散特性进行了分析。介绍了现场可编程门阵列（FPGA）及其开发软件Quartus II的发展现状，然后，利用直接数字频率合成（DDS）技术和图形化虚拟仪器开发平台，设计了一个基于FP G A和DDS（直接数字频率合成）技术的虚拟任意波信号发生器。经过对包括基于Labview的上位机，虚拟仪器系统软件和基于FPGA与DDS的下位机系统硬件进行系统联合调试，结果表明，整个系统工作稳定，能够产生预定的函数信号和任意波信号，达到了预期的设计要求。基于FPCA和DDS的任意波信号发生器，具有很大的灵活性和良好地适用性，在不用改变硬件平台的情况下，能够随时对系统进行重构、升级与拓展。

目录

声明

1 绪论

1.1 选题的目的及意义

1.2 信号发生器历史背景与发展现状

1.3 虚拟仪器概述

1.4 课题研究内容

2 DDS工作原理

2.1 DDS原理和结构

2.2 DDS的技术特点

2.3 DDS的频谱分析

2.4 本章小结

3 基于FPGA的DDS信号发生器设计

3.1 FPGA简单介绍

3.2 Verilog HDL语言

3.3 Quartus II开发环境

3.4 信号发生器的各模块设计

3.5 FPGA整体结构设计

3.6 本章小结

4 FPGA系统外围硬件电路设计

4.1 FPGA核心板介绍

4.2 JTAG接口电路

4.3 DAC模块

4.4 系统电源模块

4.5 时钟模块

4.6 滤波模块

4.7 本章小结

5 基于Labview的信号发生器上位机设计

5.1 控制面板的创建

5.2 各单元模块功能介绍及程序框图设计

5.3 软件设计流程

5.4 波形验证

5.5 本章小结

6 系统调试及结果分析

6.1 固定波的产生

6.2 任意波形产生

6.3 结果分析

6.4 本章小结

7 结论与展望

7.1 结论

7.2 展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文情况