基于FPGA的DDS仿真与设计

1草鱼YIBIN草鱼UNIVERSITY草鱼草鱼电子信息科学与技术专业草鱼本科生EDA设计报告草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼题草鱼草鱼草鱼草鱼目草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼基于FPGA的DDS仿真与设计草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼专草鱼草鱼草鱼草鱼业草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼电子信息科学与技术草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼班草鱼草鱼草鱼草鱼级草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼学生姓名草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼学草鱼草鱼草鱼草鱼号草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼2013草鱼草鱼年草鱼12月草鱼18日草鱼草鱼基于FPGA的DDS仿真与设计草鱼（宜宾学院物理与电子工程学院2011级2班草鱼草鱼段艳婷草鱼草鱼110302034）草鱼摘要PORK本文论述了直接数字频率合成技术（DDS）的信号发生器的2设计与实现。草鱼本设计是以DDS芯片CYCLONE草鱼PORKEP2C5T144C8为频率合成器的函数信号发生器。草鱼本文分析了DDS的设计原理，鲤鱼基于VHDL语言进行系统建模等，鲤鱼同时利用QUARTUS草鱼编译平台完成一个具体DDS芯片的设计，鲤鱼详细阐述了基于VHDL编程的DDS设计方法步骤。草鱼利用ALTERA公司的QUARTUS草鱼开发软件,完成DDS核心部分即相位累加器和RAM查找表的设计,可得到相位连续、PORK频率可变的信号，鲤鱼并通过单片机配置FPGA的E2草鱼PROM完成对DDS硬件的下载,最后完成每个模块与系统的时序仿真。草鱼由于FPGA的可编程性,使得修改和优化DDS的功能非常快捷。草鱼草鱼关键字PORKDDS，鲤鱼QUARTUS草鱼，鲤鱼FPGA草鱼中图分类号PORKTN草鱼引言PORK随着现代电子技术的不断发展,在通信系统中往往需要在一定频率范围内提供一系列稳定和准确的频率信号,一般的振荡器己不能满足要求,这就需要频率合成技术。草鱼直接数字频率合成DIRECT草鱼DIGITAL草鱼FREQUEN2CY草鱼SYNTHESIS草鱼,DDS是把一系列数据量形式的信号通过D/草鱼A草鱼转换器转换成模拟量形式的信号合成技术。草鱼目前在高频领域中,利用FPGA草鱼来设计符合自己需要的DDS草鱼系统就是一个很好的解决方法。草鱼草鱼草鱼草鱼正文PORK草鱼目录草鱼第一章草鱼草鱼草鱼绪论4草鱼11、PORKDDS引言4草鱼312、PORK直接数字合成器的概念及其发展4草鱼13、PORKDDS技术在国内研究状况及其发展趋势5草鱼14、PORK频率合成器种类与技术发展趋势6草鱼15、PORKDDS优势6草鱼16、PORK课题主要研究内容和设计要求7草鱼第二章草鱼草鱼超大规模集成电路设计介绍7草鱼21、PORK引言7草鱼211、PORKEDA技术的含义及特点8草鱼212、PORKEDA技术的主要内容8草鱼22、PORK可编程逻辑器件FPGA9草鱼23、PORK硬件描述语言（HDL）11草鱼231、PORKVHDL简介11草鱼232、PORKVHDL的主要特点12草鱼233、PORKVHDL语言的优势12草鱼24、PORK软件开发工具14草鱼第三章草鱼草鱼草鱼DDS工作原理和主要特点14草鱼31、PORKDDS的基本工作原理15草鱼311、PORKDDS采样量化15草鱼312、PORKDDS的基本参数推导17草鱼32、PORKDDS的主要特点18草鱼33、PORKDDS建模18草鱼第四章草鱼草鱼草鱼用VHDL来编程实现和仿真20草鱼41、PORKVHDL编程实现20草鱼411、PORK频率控制字的生成模块20草鱼412、PORK频率控制字的VHDL实现程序21草鱼413、PORK32位加法器的生成模块21草鱼414、PORK32位加法器的宏模块22草鱼415、PORK32位寄存器的生成模块及VHDL实现程序22草鱼416、PORK存放波表ROM的生成模块及宏模块23草鱼417、PORK整体模块设计24草鱼42、PORK用QUARTUS草鱼进行DDS仿真24草鱼421、PORKQUARTUS草鱼软件简介25草鱼422、PORK用QUARTUS草鱼的仿真步骤和图像26草鱼423、PORK注意事项29草鱼第五章草鱼草鱼草鱼结束语30草鱼51、PORK总结30草鱼52、PORK参考文献31草鱼53、PORK致谢32草鱼54、PORK附录32草鱼第一章草鱼草鱼草鱼绪论草鱼11、PORKDDS引言草鱼频率合成技术是将一个（或多个）基准频率变换成另一个（或多个）合乎质量要求的所需频率的技术。草鱼在通信、PORK雷达、PORK导航、PORK电子侦察、4PORK干扰等众多领域都有应用。草鱼草鱼1971年3月美国学者JTIERNCY，鲤鱼CMRADER和BGOLD首次提出了直接数字频率合成（DDSDIRECT草鱼DIGITAL草鱼SYNTHESIS）技术。草鱼这是一种从相位概念出发直接合成所需要的波形的新的全数字频率合成技术。草鱼同传统的频率合成技术相比，鲤鱼DDS技术具有极高的频率分辨率、PORK极快的变频速度，鲤鱼变频相位连续、PORK相位噪声低，鲤鱼易于功能扩展和全数字化便于集成，鲤鱼容易实现对输出信号的多种调制等优点，鲤鱼满足了现代电子系统的许多要求，鲤鱼因此得到了迅速的发展。草鱼草鱼12、PORK直接数字合成器的概念及其发展草鱼随着通信、PORK数字电视、PORK卫星定位、PORK航空航天和遥控遥测技术的不断发展，鲤鱼对频率源的频率稳定度、PORK频谱纯度、PORK频率范围和输出频率个数的要求越来越高。草鱼为了提高频率稳定度，鲤鱼经常采用晶体振荡器等方法来解决，鲤鱼但它不能满足频率个数多的要求，鲤鱼因此，鲤鱼目前大量采用频率合成技术DDS即DIRECT草鱼DIGITAL草鱼SYNTHESIZER，鲤鱼中文名称是直接数字合成器，鲤鱼是一种新型的频率合成技术，鲤鱼具有较高的频率分辨率，鲤鱼可以实现快速的频率切换，鲤鱼并且在改变时能够保持相位的连续，鲤鱼很容易实现频率、PORK相位和幅度的数控调制，鲤鱼以其使用方便和品路分辨率高等优点，鲤鱼在现代通信领域得到越来越广泛的应用。草鱼用VHDL语言对DDS进行功能描述，鲤鱼方便在不同的实现方式下移植和修改参数，鲤鱼因而逐步成为DDS设计主流，鲤鱼而且在ALTER公司开发的MAXPLUS2中，鲤鱼不仅提供了方便的VHDL编译和综合平台，鲤鱼还集成了可供程序对应下载的FPGA器件等大量芯片，鲤鱼大大缩短了DDS的设计和开发周期。草鱼它是现代通信系统必不可少的关键电路，鲤鱼广泛应用5于数字通信、PORK卫星通信、PORK雷达、PORK导航、PORK航天航空、PORK遥控遥测以及高速仪器仪表灯领域。草鱼草鱼13、PORKDDS技术在国内研究状况及其发展趋势草鱼频率合成器的技术复杂度很高，鲤鱼经过了直接合成模拟频率综合器、PORK锁相式频率综合器、PORK直接数字式频率综合器（DDS）三个发展阶段。草鱼目前，鲤鱼在我国，鲤鱼各种无限系统中使用的品路合成器普遍采用锁相式频率综合器，鲤鱼通过CPU控制，鲤鱼课获得不同的频点。草鱼锁相式频率综合器含有参考振荡器与分频器、PORK可控分频器、PORK压控振荡器及鉴相器、PORK前置分频器等功能单元。草鱼频率合成器的最终发展方向是锁相式频率综合器、PORK双环或多环锁相式频率合成器、PORKDDS频率合成器，鲤鱼以及PPL加DDS混合式频率合成器。草鱼因此，鲤鱼锁相式频率综合器和直接数字式频率综合器收到了国内各界关注，鲤鱼并得到了迅猛发展。草鱼草鱼基于DDS波形产生的应用现阶段主要在两个方面PORK草鱼1设计通讯系统需要灵活的和极好的相噪，鲤鱼极低的失真性能的频率源，鲤鱼它通常选用DDS综合它的光谱性能和频率调谐方案。草鱼草鱼2作为选择地，鲤鱼许多工业和医学应用DDS作为可编程波形发生器。草鱼因为DDS是数字可编程，鲤鱼它的相位和频率在不改变外围成分的情况下能很容易地改变，鲤鱼而传统的基于模拟编程产生波形的情况下要改变外围成分。草鱼DDS允许频率的实时调整去定位参考频率或者补偿温度漂移。草鱼草鱼14、PORK频率合成器种类与技术发展趋势草鱼种类PORK直接模拟合成法、PORK锁相环合成法、PORK直接数字合成法草鱼发展PORK直接模拟合成法利用倍频、PORK分频、PORK混频及滤波，鲤鱼从单一或几6个参数频率中产生多个所需的频率。草鱼锁相环合成法通过锁相环完成频率的加、PORK减、PORK乘、PORK除运算。草鱼草鱼15、PORKDDS优势草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼如今在价格方面有竞争力的，鲤鱼高性能，鲤鱼功能集成的DDS芯片在通讯系统和传感应用方面已经变得非常常见了。草鱼它吸引工程师的优势主要包括PORK草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼数字控制微调频率调谐和轻微程度相位调制能力。草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼极快速度调谐输出频率（相位）草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼DDS的数字体系结构取消了像传统模拟合成方案那样的手动调谐和温度补偿的不方便，鲤鱼DDS的数字控制结构外围使系统的远程控制更为方便，鲤鱼在处理器控制下达到最优化。草鱼草鱼16、PORK课题主要研究内容和设计要求草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼本课题设计研究的主要内容就是基于FPGA的DDS仿真设计，鲤鱼在QUARTUS草鱼的基础上，鲤鱼运用VHDL的编程来实现各大模块，鲤鱼并对其进行实现和仿真。草鱼草鱼第一章是简单的介绍了一下DDS的概念、PORK现状、PORK内容和发展前景；PORK第二章是对DDS所采用的辅助工具的介绍；PORK第三章是对DDS工作原理和主要特点的介绍；PORK第四章是用VHDL来编程实现和仿真，鲤鱼第五章是最后的总结心得及附录。草鱼草鱼草鱼第二章草鱼草鱼超大规模集成电路设计介绍草鱼21、PORK引言草鱼草鱼草鱼草鱼随着大规模集成电路技术和计算机技术的不断发展，鲤鱼在涉及通信、PORK国防、PORK航天、PORK医学、PORK工业自动化、PORK计算机应用、PORK仪器仪表等领域的电子系统设计工作中，鲤鱼EDA技术的含量正以惊人的速度上升；PORK电子7类的高新技术项目的开发也逾益依赖于EDA技术的应用，鲤鱼即使是普通的电子产品的开发，鲤鱼EDA技术也常常使产品的开发周期大为缩减、PORK性能价格比大幅提高。草鱼不言而喻，鲤鱼EDA技术将迅速成为电子设计领域中的及其重要的组成部分。草鱼草鱼211、PORKEDA技术的含义及特点草鱼EDA（ELECTRONIC草鱼DESIGN草鱼AUTOMATION，鲤鱼电子系统设计自动化）技术是20世纪90年代初从CAD（计算机辅助设计）、PORKCAM（计算机辅助制造）、PORKCAT（计算机辅助测试）、PORKCAE（计算机辅助工程）的概念发展而来的。草鱼现代EDA技术就是以让计算机为工具，鲤鱼在EDA软件平台上，鲤鱼根据硬件描述语言HDL完成的设计文件，鲤鱼能自动地完成用软件方式描述的电子系统到硬件系统的逻辑编译、PORK逻辑化简、PORK逻辑分割、PORK逻辑综合及优化、PORK布局布线、PORK逻辑仿真，鲤鱼直至完成对于特定目标芯片的适配编译、PORK逻辑映射和编程下载等工作。草鱼可见，鲤鱼利用EDA技术进行电子系统的设计，鲤鱼具有以下几个特点PORK草鱼用软件的方式设计硬件；PORK草鱼用软件方式设计的系统到硬件系统的转换是由有关的开发软件自动完成的；PORK草鱼采用自顶向下（TOPDOWN）的设计方法；PORK草鱼设计过程中可用有关软件进行各种仿真；PORK草鱼系统可现场编程，鲤鱼在线升级；PORK草鱼整个系统可集成在一个芯片上，鲤鱼体积小、PORK功耗低、PORK可靠性高。草鱼因此，鲤鱼EDA代表了当今电子设计技术的最新发展方向。草鱼草鱼212、PORKEDA技术的主要内容草鱼8EDA技术涉及面很广，鲤鱼内容丰富，鲤鱼从教学和使用的角度看，鲤鱼主要应掌握如下四个方面的内容PORK草鱼大规模可编程逻辑器件；PORK草鱼硬件描述语言；PORK草鱼软件开发工具；PORK草鱼实验开发系统。草鱼草鱼其中，鲤鱼大规模可编程逻辑器件是利用EDA技术进行电子系统设计的载体，鲤鱼硬件描述语言是利用EDA技术进行电子系统设计的主要表达手段，鲤鱼软件开发工具是利用EDA技术进行电子系统设计的智能化的自动设计工具，鲤鱼实验开发系统则是利用EDA技术进行电子系统设计的下载工具及硬件验证工具。草鱼草鱼22、PORK可编程逻辑器件FPGA草鱼PLD（PROGRAMMABLE草鱼LOGIC草鱼DEVICE，鲤鱼可编程逻辑器件）是一种由用户编程以实现某种逻辑功能的新型逻辑器件。草鱼FPGA和CPLD分别是现场可编程门阵列和复杂可编程逻辑器件的简称，鲤鱼两者的功能基本相同，鲤鱼只是实现原理略有不同，鲤鱼生于20世纪70年代。草鱼自问世以来，鲤鱼PLD经历了从PROM（PROGRAMMABLE草鱼READONLY草鱼MEMORY,可编程序的只读存储器）、PORKPLA（PROGRAMMABLE草鱼LOGIC草鱼ARRAY,可编程序逻辑阵列）、PORKPAL（PROGRAMMABLE草鱼草鱼ARRAY草鱼草鱼LOGIC草鱼,可编程序阵列逻辑）、PORKGAL（GENERIC草鱼草鱼ARRAY草鱼草鱼LOGIC，鲤鱼通用阵列逻辑）到FPGA、PORKISPLSI（IN草鱼SYSTEM草鱼PROGRAMMABLE草鱼LARGE草鱼SCALE草鱼INTEGRATION，鲤鱼在系统可编程大规模集成电路）等高密度PLD的发展过程。草鱼与中小规模通用型集成电路相比，鲤鱼用PLD实现数字系统，鲤鱼有集成度高、PORK速度9快、PORK功耗低、PORK可靠性高等优点。草鱼与大规模专用集成电路相比，鲤鱼用PLD实现数字系统，鲤鱼有研制周期短、PORK先期投资少、PORK无风险、PORK修改逻辑设计方便、PORK小批量生产成本低等优势。草鱼PLD是电子设计领域中最具活力和发展前途的一项技术，鲤鱼PLD能完成任何数字器件的功能。草鱼草鱼FPGA是20世纪80年代中期，鲤鱼美国ALTERA公司推出的一种现场可编程门阵列，鲤鱼其结构主要分为三部分PORK可编程逻辑单元、PORK可编程输入输出单元和可编程连线部分。草鱼FPGA器件采用逻辑单元阵列结构和静态随机存取存储器工艺，鲤鱼设计灵活，鲤鱼集成度高，鲤鱼可利用计算机辅助设计，鲤鱼绘出实现用户逻辑原理图、PORK逻辑布尔方程或用硬件描述语言等方式设计输入；PORK然后经一系列转换程序、PORK自动布局布线、PORK模拟仿真的过程；PORK最后生成配置FPGA器件的数据文件，鲤鱼对FPGA器件初始化。草鱼这样实现了满足用户要求的专用集成电路，鲤鱼真正达到了用户自行设计、PORK自行研制和自行生产集成电路的目的。草鱼由此设计的DDS草鱼电路简单,性能稳定,草鱼也基本能满足绝大多数通信系统的使用要求。草鱼草鱼概括来说，鲤鱼FPGA器件具有下列优点PORK高密度、PORK高效率、PORK系列化、PORK标准化、PORK小型化、PORK多功能、PORK低功耗、PORK低成本、PORK设计灵活方便，鲤鱼可缩短研制周期，鲤鱼可无限次反复编程，鲤鱼并可现场模拟调试验证。草鱼基于上述的优点，鲤鱼本设计采用FPGA芯片作为平台，鲤鱼这样可以把整个系统下载到一块芯片之中，鲤鱼实现了所谓的片上系统，鲤鱼从而大大缩小了体积，鲤鱼便于工程人员的管理和屏蔽外界干扰。草鱼草鱼23、PORK硬件描述语言（HDL）草鱼硬件描述语言（HDL）是相对于一般的计算机软件语言如C、PORKPASCAL10而言的。草鱼HDL是用于设计硬件电子系统的计算机语言，鲤鱼它描述电子系统的逻辑功能，鲤鱼电路结构和连接方式。草鱼HDL具有与具体硬件电路无关和与设计平台无关的特性，鲤鱼并且具有良好的电路行为描述和系统描述的能力，鲤鱼并在语言易读性和层次化结构化设计方面，鲤鱼表现了强大的生命力和应用潜力。草鱼用HDL进行电子系统设计的一个很大的优点是设计者可以专心致力于其功能的实现，鲤鱼而不需要对不影响功能的与工艺有关的因素花费过多的时间和精力。草鱼草鱼就FPGA/CPLD开发来说，鲤鱼比较常用和流行的HDL主要有VHDL，鲤鱼VERILOG草鱼HDL，鲤鱼ABEL，鲤鱼AHDL，鲤鱼SYSTEM草鱼VERILOG和SYSTERN草鱼C。草鱼有专家认为，鲤鱼在新的世纪中，鲤鱼VHDL与VERILOG草鱼HDL语言将承担起大部分的数字系统设计任务。草鱼草鱼231、PORKVHDL简介草鱼VHDL语言的英文全名是VERY草鱼HIGH草鱼SPEED草鱼INTEGRATED草鱼CIRCUIT草鱼HARDWARE草鱼DESCRIPTION草鱼LANGUAGE，鲤鱼即超高速集成电路硬件描述语言，鲤鱼是一种全方位的硬件描述语言，鲤鱼具有极强的描述能力，鲤鱼能支持系统行为级、PORK寄存器传输级和逻辑门级三个不同层次的设计，鲤鱼因此在实际应用中越来越广泛。草鱼HDL发展的技术源头是PORK在HDL形成发展之前，鲤鱼已有了许多程序设计语言，鲤鱼如汇编、PORKC、PORKPASCAL、PORKFORTRAN、PORKPROLOG等。草鱼这些语言运行在不同硬件平台和不同的操作环境中，鲤鱼它们适合于描述过程和算法，鲤鱼不适合作硬件描述。草鱼CAD的出现，鲤鱼使人们可以利用计算机进行建筑、PORK服装等行业的辅助设计，鲤鱼电子辅助设计也同步发展起来。草鱼在从CAD工具到EDA工具的进化过程中，鲤鱼电子设计工具的人机界面能力越来越高。草鱼在利用11EDA工具进行电子设计时，鲤鱼逻辑图、PORK分立电子原件作为整个越来越复杂的电子系统的设计已不适应。草鱼草鱼232、PORKVHDL的主要特点草鱼作为硬件描述语言的第一个国际标准，鲤鱼VHDL具有很强的可移植性PORK草鱼具有丰富的模拟仿真语句和库函数，鲤鱼随时可对设计进行仿真模拟，鲤鱼因而能将设计中逻辑上的错误消灭在组装之前，鲤鱼在大系统的设计早期就能查验设计系统功能的可行性；PORK草鱼设计层次较高，鲤鱼用于较复杂的计算时能尽早发现存在的问题，鲤鱼从而缩短设计周期；PORK草鱼VHDL的设计不依赖于特定的器件，鲤鱼方便了工艺的转换；PORK支持大规模设计的分解和已有设计的再利用；PORK草鱼对于用VHDL完成的一个确定的设计，鲤鱼可以利用EDA工具进行逻辑综合和优化，鲤鱼并自动地把VHDL描述设计转变成门级网表；PORK草鱼233、PORKVHDL语言的优势草鱼常用的硬件描述性语言有VHDL、PORKVERILOG和ABEL语言。草鱼VHDL语言起源于美国国防部的VHSIC，鲤鱼VHDL是一种高级描述语言，鲤鱼适用于行为级和RTL级的描述相对与VERILOG语言和ABEL语言这些较低一级的适合描述门级电路的描述性语言而言，鲤鱼其具有以下的优点PORK草鱼设计方法灵活、PORK支持广泛草鱼VHDL语言可以支持自顶至下（TOPDOWN）和基于库（LIBRARYBASED）的设计方法，鲤鱼而且还支持同步电路、PORK异步电路、PORKFPGA以及其他随机电路的设计。草鱼草鱼12系统硬件描述能力强草鱼VHDL语言具有多层次描述系统硬件功能的能力，鲤鱼可以从系统的框图直到门级电路。草鱼另外，鲤鱼高层次的行为描述可以与低层次的RTL描述和结构描述混合使用。草鱼草鱼VHDL语言描述与工艺不发生关系草鱼在用VHDL语言设计系统硬件时，鲤鱼没有嵌入工艺信息。草鱼采用VHDL语言的设计，鲤鱼当门级或门级以上层次的描述通过仿真检验以后，鲤鱼再用相应的工具将设计映射成不同的工艺（如MOS、PORKCMOS等）。草鱼这样，鲤鱼在工艺变更时，鲤鱼只要改变相应的映射工具就行了。草鱼草鱼VHDL语言标准、PORK规范，鲤鱼易于共享和复用草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼由于VHDL语言已成为一种IEEE的工业标准，鲤鱼这样，鲤鱼设计成果便于复用和交流，鲤鱼反过来也更进一步推动VHDL语言的推广及完善。草鱼草鱼基于上述的特点，鲤鱼可知VHDL语言可读性好，鲤鱼又能被计算机识别。草鱼VHDL语言中设计实体、PORK程序包、PORK设计库，鲤鱼为设计人员重复利用已有的设计提供了诸多技术手段。草鱼可重复利用他人的IP（INTELLIGENCE草鱼PROPERTY）模块和软核（SOFT草鱼CORE）也是VHDL的另一特色，鲤鱼许多设计不必每次都从头再来，鲤鱼只要在更高层次上把IP模块组合起来，鲤鱼就能达到事半功倍的效果。草鱼因此本设计采用VHDL语言设计一个完善的HDB3码编、PORK译码器。草鱼草鱼24、PORK软件开发工具草鱼ALTERA公司开发的MAXPLUS草鱼和QUARTUS草鱼都是曾经最优秀的PLD开发平台之一，鲤鱼适合开发早期的中小规模PLD/FPGA，鲤鱼使用者众多。13草鱼目前ALTERA已经停止开发MAXPLUS，鲤鱼而转向QUARTUS草鱼软件平台。草鱼草鱼XILINX公司开发的FOUNDATION和ISE是XILINX公司上一代的PLD开发软件，鲤鱼目前XILINX公司已经停止开发FOUNDATION，鲤鱼转向ISE软件平台，鲤鱼现在的ISE是公司目前主体的PLD/FPGA开发软件。草鱼草鱼LATTICE公司开发了ISPDESIGNEXPERT和ISPLEVER。草鱼前者是LATTICE公司的PLD开发软件，鲤鱼目前最新软件改名为PORKISPLEVER。草鱼这个软件是最新一代的PLD集成开发软件，鲤鱼取代了ISPEXPERT，鲤鱼成为PLD/FPGA设计的主要工具。草鱼草鱼草鱼第三章草鱼草鱼草鱼DDS工作原理和主要特点草鱼DDS实现频率合成的原理主要是通过查找表的方式来进行的。草鱼如下图PORK草鱼草鱼图1中的存储表中存储了一个周期的波形采样值的ROM（如PORK要产生正弦波时，鲤鱼存储表中存储的就是一个周期的正弦波的采样值）。草鱼当周期地给出特定地址后，鲤鱼ROM就输出相应的采样值。草鱼草鱼输入DDS的频率字和一确定的相位值是相对应的，鲤鱼在相位累加器的累加下产生所需要的地址。草鱼因为输入ROM的地址是周期重复的，鲤鱼输出的采样值经过D/A和滤波器后就得到和输入频率字唯一对应的14频率的周期波形。草鱼因此只要给出一定范围的频率字就可以得到一定范围的周期波形，鲤鱼从而达到产生特定信号的功能。草鱼草鱼31、PORKDDS的基本工作原理草鱼311、PORKDDS采样量化草鱼DDS是一种从相位概念出发直接合成所需波形的数字频率合成技术。草鱼与传统的频率合成技术相比，鲤鱼DDS技术具有很高的频率分辨率，鲤鱼可以实现快速的频率变化，鲤鱼并且在频率改变时能保持相位连续，鲤鱼容易实现对信号频率、PORK相位的多种调制，鲤鱼易于功能扩展和数字化集成等优点，鲤鱼满足了现代电子系统的许多要求。草鱼随着数字技术的飞速发展，鲤鱼DDS正逐步取代PLL锁相环，鲤鱼得到越来越广泛的应用。草鱼草鱼正弦信号可以用下式来描述PORK草鱼草鱼式（1）中的时间T是连续的，鲤鱼为了用数字方式实现，鲤鱼必须进行离散化处理。草鱼用周期为TELK的基准时钟对信号进行采样和量化。草鱼如图2所示PORK草鱼草鱼采样周期为TDK采样频率FCLK1/TCLK。草鱼不难看出，鲤鱼连续两次采样之间的相位增量草鱼15草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼将整个周期分成2N份，鲤鱼则相位的量化单位。草鱼若，鲤鱼代入式（2）可得。草鱼更一般的情况是为S的M倍，鲤鱼即可得到输出信号的频率；PORKM称为频率控制字（TUNING草鱼WORD）。草鱼由式（3）可见，鲤鱼M决定了输出信号的频率，鲤鱼且两者是简单的线性关系。草鱼可以看出，鲤鱼当采样频率一定时，鲤鱼通过控制两次连续采样之间的相位离散波形序列的频率PORK草鱼草鱼M经保持和滤波后，鲤鱼可唯一地恢复出此频率的模拟信号。草鱼图1是DDS的原理图。草鱼相位累加器可在每一个时钟周期来临时将频率控制字M所决定的相位增量累加一次，鲤鱼如果记数大于2N，鲤鱼则自动溢出PORKLUT（查找表）实际上是一个存储器（ROM），鲤鱼其中存储着一个周期正弦波的幅度量化数据，鲤鱼用于实现从相位到幅度的转换。草鱼相位累加器的输出作为LUT的地址值，鲤鱼LUT根据输入的地址（相位）信息读出幅度信号，鲤鱼达到D/A转换器中转换为模拟量，鲤鱼最后通过滤波器输出一个平滑的模拟信号。草鱼草鱼312、PORKDDS的基本参数推导草鱼根据式（3），鲤鱼可以确定DDS的基本参数PORK草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼（4）此时每2N个时钟周期输出一个周期的正弦波。草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼16当N比较大时，鲤鱼对于较大范围内的M值，鲤鱼DDS系统都可以在一个周期内输出足够的点，鲤鱼保证输出波形失真很小。草鱼草鱼当基准时钟确定后，鲤鱼输出信号频率FCLK频率控制字M之间必须满足采样定理，鲤鱼即FCLK应大于F0的2倍。草鱼实际应用中，鲤鱼为保证输出波形的质量，鲤鱼FCLK至少应为F0的4倍。草鱼由于D/A转换电路的转换时间应小于1/FCLK，鲤鱼因此DDS系统的时钟频率、PORK信号输出频率主要由D/A转换器的性能决定。草鱼草鱼32、PORKDDS的主要特点草鱼1】DDS的频率分辨率在相位累加器的位数N足够大时，鲤鱼理论上可以获得相应的分辨精度，鲤鱼这个传统方法难以实现的草鱼2】DDS是一个全数字结构的开环系统，鲤鱼无反馈环节，鲤鱼因此其速度极快，鲤鱼一般在毫微秒量级草鱼3】DDS的相位误差主要是依赖于时钟的相位特性，鲤鱼相位误差小。草鱼另外，鲤鱼DDS的相位是连续变化的，鲤鱼形成的信号具有良好的频谱，鲤鱼这是传统的直接频率合成方法无法实现的草鱼频率切换时相位连续草鱼可以输出带宽正交信号草鱼输出相位噪声低，鲤鱼对参考频率源的相位噪声有改善作用草鱼可以产生任意波形草鱼全数字化实现，鲤鱼便于集成，鲤鱼体积小，鲤鱼重量轻草鱼缺点DDS的采样特性以及DAC的非线性，鲤鱼DDS系统的输出中含有假信号干扰和杂散草鱼33、PORKDDS建模草鱼17如图3所示PORK草鱼草鱼这是一个基本的DDS整体模块结构，鲤鱼主要由相位累加器、PORK相位调解器、PORK正弦ROM查找表和DAC构成。草鱼图中的相位累加器、PORK相位调解器、PORK正弦ROM的数字部分，鲤鱼由于具有数控频率合成的功能，鲤鱼又称为NCO（NUMERICALLY草鱼CONTROLLED草鱼OSCILLATORS）。草鱼草鱼图中相位累加器（PHASEA）是整个DDS的核心，鲤鱼在这里完成相位累加功能，鲤鱼其输入是相位增量，鲤鱼又可称为频率控制字FW（N10），鲤鱼由于FW（N10）与输出频率F0是简单的线性关系PORK草鱼草鱼事实上，鲤鱼当基准时钟F0是2N时，鲤鱼FW（N10）就等于F0。草鱼草鱼相位调制器（PHASEMOD）接收相位累加器的相位输出，鲤鱼在这里加一个相位偏移值，鲤鱼主要用于实现信号的相位调制，鲤鱼如PSK（相位键控）等，鲤鱼在不使用时可以去掉该部分，鲤鱼或加一个固定的相位控制字。草鱼草鱼18波形存储器（即，鲤鱼正弦ROM查找表）（SINLUP）把存储在相位累加器中的抽样值转换成正弦波幅度的数字量函数，鲤鱼可理解为相位到幅度的转换。草鱼它的输入是相位调制器输出的高M位（而并非全部N位）值，鲤鱼将其作为正弦ROM查找表的地址值；PORK查询表把输入的地址相位信息映射成正弦幅度信号；PORK输出送往DAC，鲤鱼转化为模拟信号。草鱼草鱼相位调解器接收相位累加器的相位输出，鲤鱼在这里加上一个相位偏移量，鲤鱼主要用于信号的相位调节，鲤鱼如PSK（相位键控）等，鲤鱼在不使用时可以去掉该部分，鲤鱼或者加一个固定的相位字输入。草鱼相位字输入也需要用同步寄存器保持同步。草鱼需要注意的是，鲤鱼相位字输入的数据宽度M与频率字输入N往往是不相等的，鲤鱼MN。草鱼草鱼参数设定PORK其中选用频率输入字20M，鲤鱼相位累加器的数据宽度N为32位，鲤鱼输出的D/A精度为10位。草鱼草鱼第四章草鱼草鱼草鱼用VHDL来编程实现和仿真草鱼41、PORKVHDL编程实现草鱼411、PORK频率控制字的生成模块草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼412、PORK频率控制字的VHDL实现程序草鱼19草鱼413、PORK32位加法器的生成模块草鱼草鱼414、PORK32位加法器的宏模块草鱼20草鱼415、PORK32位寄存器的生成模块及VHDL实现程序草鱼草鱼草鱼416、PORK存放波表ROM的生成模块及宏模块草鱼21草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼417、PORK整体模块设计草鱼草鱼42、PORK用QUARTUS草鱼进行DDS仿真草鱼22采用QUARTUS草鱼来实现DDS的编译和仿真。草鱼草鱼QUARTUS草鱼是一种常用的EDA工具软件。草鱼它支持原理图、PORKVHDL和VERILOG语言文本文件，鲤鱼以及波形与EDIF的格式的文件作为设计输入，鲤鱼并支持这些文件的任意混合设计PORK具有门级仿真器，鲤鱼可进行功能仿真和时序仿真，鲤鱼能够产生精确的仿真结果。草鱼草鱼在QUARTUS草鱼中完成了源文件的编程，鲤鱼系统的编译、PORK综合、PORK适配之后，鲤鱼下一步就是进行功能仿真和时序仿真。草鱼功能仿真只验证系统设计的功能关系，鲤鱼与实际信号的延时无关。草鱼时序仿真是接近真实器件运行的仿真，鲤鱼仿真过程中已将器件特性考虑进去了，鲤鱼因而仿真精度相当高。草鱼草鱼421、PORKQUARTUS草鱼软件简介草鱼QUARTUS草鱼软件是美国ALTERA公司为SOPC（SYSTEM草鱼ON草鱼A草鱼PROGRAMMABLE草鱼CHIP，鲤鱼系统级可编程芯片）提供最全面的设计平台。草鱼比起其他的编译软件，鲤鱼它具有以下的优点PORK草鱼开放的界面草鱼QUARTUS草鱼软件可与其他EDA厂家的设计输入、PORK综合、PORK验证工具相连接。草鱼设计人员可使用QUARTUS草鱼编译器（COMPILER）对ALTERA的器件进行编译，鲤鱼然后使用ALTERA或其他标准EDA验证工具进行验证。草鱼目前，鲤鱼QUARTUS草鱼支持CADENCE、PORKEXEMPLARLOGIC、PORKMENTOR草鱼GRAPHICS、PORKSYNOPSYS、PORKSYNPLICITY、PORKVIEWLOGIC等公司的EDA工具接口。草鱼草鱼与结构无关草鱼QUARTUS草鱼系统的核心编译器（COMPILER）支持ALTERA公司23的FLEX10K，鲤鱼FLEX8000，鲤鱼FLEX6000，鲤鱼MAX9000，鲤鱼MAX7000，鲤鱼MAX5000和CLASSIC等可编程逻辑器件系列，鲤鱼处理MAXPLUS以外唯一真正与结构无关的可编程逻辑设计环境。草鱼QUARTUS草鱼的编译器还提供了强大的逻辑综合与优化功能，鲤鱼使设计人员能比较容易地将其设计集成到可编程逻辑器件中。草鱼草鱼多平台草鱼QUARTUS草鱼软件可在多种PC机和工作站的操作系统中运行。草鱼草鱼完全集成化草鱼QUARTUS草鱼的设计输入、PORK处理、PORK验证、PORK器件编程等功能全部集成在统一的开发环境下，鲤鱼可以使用户进行动态调试，鲤鱼加快开发进程。草鱼草鱼丰富的设计库草鱼QUARTUS草鱼提供丰富的库单元供设计者使用，鲤鱼其中包括74系列的全部器件和多种特殊的逻辑宏功能（MACROFUNCTION）以及新型的参数化兆功能（MEGAFUNCTION）。草鱼草鱼接受高级描述语言草鱼QUARTUS草鱼接受多种硬件描述语言，鲤鱼包括VHDL、PORKAHDL、PORKC、PORKC等语言。草鱼草鱼良好的人机界面草鱼QUARTUS草鱼具有比MAXPLUS更加人性化的人机界面，鲤鱼方便工程人员的操作，鲤鱼基于上述特点，鲤鱼本文采用QUARTUS草鱼软件对DDS频率合成器仿真验证。草鱼草鱼422、PORK用QUARTUS草鱼的仿真步骤和图像草鱼主要步骤PORK草鱼24第一步PORK建立工程草鱼草鱼第二步PORK建立VHDL文件草鱼草鱼第三步PORK写入VHDL文件草鱼草鱼第四步PORK建立模块文件草鱼25草鱼第五步PORK连接各模块形成总体原理图草鱼草鱼第六步PORK编译做好的文件草鱼草鱼第七步PORK建立波形文件草鱼26草鱼第八步PORK设置好条件值草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼草鱼第九步PORK仿真草鱼DDS仿真波形，鲤鱼离散化地采样出频率数据，鲤鱼输出波形的差异。草鱼草鱼草鱼27草鱼草鱼草鱼423、PORK注意事项草鱼在实际设计中，鲤鱼为了提高波形的精度，鲤鱼N值应该比较大，鲤鱼即波形ROM中存储的点数较多。草鱼另一方面，鲤鱼为了提高频率分辨率，鲤鱼实现大范围的频率变化，鲤鱼频率控制字M的位数、PORK相位累加器的位数也比较大。草鱼波形ROM中存储的点数、PORK相位累加器的位数都与D/A转换器的性能相关。草鱼在确定具体参数时应根据相位分辨率不低于幅度分辨率的原则来考虑。草鱼草鱼经过D/A转换器输出的是阶梯状的波形，鲤鱼除了主频F0外，鲤鱼还包含谐波分量FCLK，鲤鱼2FCLK，鲤鱼。草鱼因此，鲤鱼为了取出主频，鲤鱼还需在D/A转换器的输出端设置一个截止频率为FCLK/2的低通滤波器。草鱼草鱼第五章草鱼草鱼草鱼结束语草鱼51、PORK总结草鱼28通过对本设计基于FPGA的DDS频率合成器的设计的学习和研究，鲤鱼让我对硬件系统有了更深入的理解，鲤鱼扩展了很多的知识。草鱼做这个设计包含了很多的知识和内容，鲤鱼如E