模拟技术中的基于SOPC的DDS信号发生器设计

摘  要：直接数字频率合成技术是一种新型的信号产生方法，是现代信号源的发展方向。该系统由FPGA 控制模块、键盘、LED 显示组成，结合DDS 的结构和原理，采用SOPC 和DDS 技术，设计出具有频率设置功能的多波形信号发生器。以Altera 公司的CycloneⅡ的核心器件EP2C35 为例，NIOS ⅡCPU 通过读取按键的值，实现任意步进、不同波形的输出显示功能。
　　0 引 言
　　直接数字频率合成( Dir ect Dig ital Frequency Synthesis，DDS) 是一种新型的频率合成技术，它把信号发生器的频率稳定度、准确度提高到与基准频率相同的水平，并且可以 直接数字频率合成（DDS）是一种先进的信号生成技术，它通过数字化的方式来合成任意频率的波形，从而提高了信号源的频率稳定性和精度。DDS的核心在于相位累加器、频率控制字和查找表（ROM），这三者共同作用于波形生成。 DDS的基本工作流程如下：频率控制字K在每个时钟周期累加到相位累加器中，相位累加器的输出作为ROM的地址，ROM中存储的是不同波形（如正弦、方波、三角波、锯齿波）的数据。相位累加器的值对应于波形的相位，通过取模操作确保相位值在0到2π之间变化。读取ROM中的数据，经过D/A转换器转化为模拟信号，然后通过低通滤波器平滑处理，最终生成所需的连续波形。 在SOPC（System on a Programmable Chip，可编程芯片上的系统）技术中，DDS信号发生器的设计可以更加灵活和高效。SOPC允许在单个FPGA（Field-Programmable Gate Array，现场可编程门阵列）中集成处理器、存储器和其他逻辑功能，提高了系统集成度。例如，使用Altera公司的Cyclone II系列器件EP2C35，结合嵌入式NIOS II CPU，可以通过读取键盘输入来控制DDS的参数，实现频率、相位和波形的选择。 在本文的设计中，系统由FPGA控制模块、键盘接口、LED显示和D/A转换器组成。FPGA负责执行相位累加等数字逻辑操作，而NIOS II CPU则处理控制任务，如读取按键值，控制DDS输出特定频率和波形的信号。10位加法器与10位寄存器级联形成的累加器模块，可以处理较大的相位范围。存储波形数据的ROM中预先存储了不同波形的样本点，根据相位累加器的输出地址读取相应数据。D/A转换器如AD9742，可以将数字信号转换为模拟信号，经过低通滤波器进一步平滑，生成实际输出的模拟波形。 SOPC架构的优势在于减少了外部扩展电路的需求，提高了系统的稳定性和抗干扰能力，并且节省了硬件资源。此外，这种设计允许在不改变硬件的情况下，通过软件更新来修改或扩展DDS的功能，增强了系统的可配置性和适应性。 基于SOPC的DDS信号发生器设计结合了现代微电子技术的灵活性和DDS的高性能，为通信、测试测量等领域提供了高效、精确的信号源解决方案。通过FPGA的可编程特性，设计人员能够根据具体应用需求定制信号发生器的功能，从而满足多变的工程需求。