基于FPGA的DDS设计与实现

摘要：随着数字信号处理和集成电路技术的发展，直接数字频率合成（DDS）的应用越来越广泛。DDS具有相位和频率分辨率高、稳定度好、频率转换时间短、输出相位连续、可以实现多种数字与模拟调制的优点，而可编程门阵列（FPGA）具有集成度高、通用性好、设计灵活、编程方便、可以实现芯片的动态重构等特点，因此可以快速地完成复杂的数字系统。由于模拟调相方法有生产性差、调试不方便、调制度控制不精确等缺点，因此采用数字方法实现各种模拟调制也越来越普遍。现在许多DDS芯片都直接提供了实现多种数字调制的功能，实现起来比较简单。

关键词：可编程门阵列（FPGA）；DDS；数字信号

中图分类号：TP313文献标识码：A文章编号：1009-3044(2012)12-2764-04

21世纪人类正跨入信息时代，现代通信系统的发展方向是功能更强，体积更小，速度更快，功耗更低。而大规模可编程器件CPLD/FPGA在集成度、功能和速度上的优势正好满足通信系统的这些要求。所以无论是民用的移动电话、程控交换机、集群电台、广播发射机和调制解调器,还是军用的雷达设备、图形处理仪器、遥控遥测设备、加密通信机中,都已广泛地使用大规模可编程器件。由于数字技术在处理和传输信息方面的各种优点，数字技术和数字集成电路的使用已经成为构成现代电子系统的重要标志。

DDS技术具有频率切换时间短，频率分辨率高，频率稳定度高，输出信号的频率和相位可以快速切换，输出相位可连续，并且在改变时能够保持相位的连续，很容易实现频率、相位和幅度的数字控制。采用直接数字合成芯片DDS及外加D/A转换芯片构成的可控信号源，可产生正弦波、调频波、调幅波及方波等，并且其信号的频率和幅度可由微机来精确控制，调节非常方便。因此在现代电子系统及设备的频率源设计中，尤其在通信领域，直接数字频率合成器的应用越来越广泛。

方法三：利用Altera公司的含于EAB器件中的兆功能模块LPM_ROM，通过VHDL语言编程来实现。

第一种方法容量最大，但速度最慢，且编程比较麻烦；第二种方法速度最快，但容量非常小；第三种方法兼顾了两者的优点，克服了其缺点。在选用FPGA芯片时，本设计选用的是Altera公司的FLEX10K系列芯片EPF10K10LC84_4,有LPM_ROM模块，因此ROM选用第三种方法。2.3波形数据产生方案

方法1、使用分离的通用逻辑电路设计加法电路产生ROM地址，使用外部ROM芯片固化有正弦波数据表。分离通用逻辑电路连接复杂曾大了系统的不稳定性，且外部的ROM速度较慢，没法达到题目设计要求。

方法2、所有的逻辑电路均在FPGA中设计完成，正弦波数据表使用FPGA内部的M4K块构成，这样整个电路都集成在一个芯片内系统工作更稳定，成本也会降低。

通过比较选择了方法2。

其中相位累加器模块负责对所选波形的相位寻址，以频率控制字作为步长反复进行累加运算。波形数据ROM表模块存放正弦波形的幅值／相位量化值，通过地址选择波形的数据。3.3 D／A转换模块

数/模转换模块是继波形数据产生模块之后，将数字量形式的波形幅值转换成所要求的合成频率的模拟量形式信号。DAC输出信号实际上是阶梯模拟信号，需在数/模转换后利用低通滤波器对波形进行平滑处理。图7数据输入仿真

DAC[7..0]作为输出端口，连接ROM正弦表的输入口。由此观之，它的地址由0到255变化，每次递增量为1.经过ROM表输出的数据即为正弦波的一个完整周期。如下图所示：

直接数字频率合成（DDS）是采用数字化技术，通过控制频率控制字直接产生所需的各种不同频率信号，频率分辨率高、频率转换速度快。DDS主要由参考频率源、相位累加器、正弦ROM表、D/A转换器和滤波器等组成。DDS的基本思路就是将要输出的波形数据取样、量化、编码，形成一个函数表，逐点存储在ROM里，然后在系统标准时钟下，按照一定的顺序从ROM里读出数据，再进行D/A变换和滤波后，得到一定频率的输出波形。

[1]潘松,黄继业.EDA技术实用教程[M].北京：科学出版社,2006.

[2]张洪润,张亚凡.单片机原理及应用[M].北京:清华大学出版社,2005.

[3]金钟福,杜刚.AVR ATmega128单片机设计与制作[M].北京:航空航天大学出版社,2005.

[4]徐志军,徐光辉.CPLD/FPGA的开发与应用[M].北京：电子工业出版社,2002.