想的调制器，因为合成信号的三个参量频率相位 和幅度均可由数字信号精确控制，因为可以通过预置相位累加器的初始 值来精确地控制合成信号的相位，从而达到调制的目的能有效地实现 频率精调，它可以在许多锁相环设计中代替多重环路。在个中 保持适当的分频比例关系，可以将的高频率分辨率及快速转换时间特性 与锁相环路的输入频率高，寄生噪声和杂波低的特点有机地结合起来，从而 实现更为理想的混合式频率和成技术。近几年来，作为跳频通 信的核心技术之成为跳频通信技术研究的热点问题。由上可见，有着 广泛的应用领域和极高的研究价值。 任意波形发生器，是种特殊的 信号源，除了能产生常规测试所需要的正弦波，三角波，方波等周期性波形 外，还能根据用户需要自己定义任意波形。它用数字的方法产生波形，继承 了数字波形技术的许多优点，如连续的相位变化，高的频率分辨率和频率稳 定性等它可以方便的控制频率幅值相移及波形。 传统的采用可变时钟和计数器寻址波形存储器，其取样时钟频率较 高，但对硬件的要求也比较高，需要高性能的锁相环和多个低通滤波器。它 的缺点是频率分辨率较低，频率切换速度较慢。随着技术的发展，他 的频率分辨率高，应变能力强的特点很快被应用到任意波形发生器中。越来 越多的公司致力于研制基于的任意波形发生器，如美国惠普公司研制的 英国泰克公司研制的，等都具有易于操作， 很容易提高频率分辨率和改变频率范围等特点。国内在这方面于国外还有较 大的差距，真正成型的产品几乎没有，所以研制具有自己知识产权的高性能 的任意波形发生器有着十分重要的意义。 络 参考振荡 参考振荡 参考振荡 参考振荡 频率 倍频 器与 分频 器以 及频 率混 合器 基准 基准 基准 基准 频率输出 图直接合成式频率合 成器直接数字合成器设计 摘要„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„ 英文摘要„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„ 第章绪论„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„ 引言„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„ 技术的发展经历和特点„„„„„„„„„„„„„„ 基于的波形发生器„„„„„„„„„„„„„„„„ 第二章的基本原理及方案论证„„„„„„„„„„„„„„ 直接数字频率合成的基本原理„„„„„„„„„„„„„ 的原理框图„„„„„„„„„„„„„„„„„„„ 目分析及方案论证„„„„„„„„„„„„„„„„„„ 本文所研究的内容和所做的工作„„„„„„„„„„„„ 第三章的波形发生器的设计„„„„„„„„„„„„„„ 总体介绍„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„ 硬件部分的设计„„„„„„„„„„„„„„„„„„ 可编程逻辑器件简介„„„„„„„„„„„„„„„„„ 复杂可编程逻辑器件的种类及其特点„„„„„„„„„„„ 器件的结构和研发流程„„„„„„„„„„„„„„ 硬件设计原理图„„„„„„„„„„„„„„„„„„„ 软件部分的设计„„„„„„„„„„„„„„„„„„ 及其特点„„„„„„„„„„„„„„„„„ 软件 ， ， ， ， ， ， 直接数字合成器设计 第章绪论 引言 直接数字合成器简称技术是种直接数字合成器设计 新的全数字的频率合成原理，它从相位出发直接合成所需波形。这种技术由 美国学者，和于年首次提出，但限于当时 的技术和工艺水平，技术仅仅在理论上进行些讨论，而没有应用到实 际中去。近年来，随着超大规模 集成现场可编程门阵列， ，复杂可编程器件等技术的出现以 及对程„„„„„„„„„„„„„„„„„ 各部分的具体编程和仿真„„„„„„„„„„„„„ 第四章系统装配和调试„„„„„„„„„„„„„„„„„„ 系统装配„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„ 系统调试„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„ 第五章总结与展望„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„ 参考文献„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„„ 直接数字合成器设计 摘要 本文主要研究了基于直接数字合成器 技术的波形发生器 的整体方案和核心部分的硬软件设计。同时，对整个系统的性能进行 了理论分析。 文中讨论了的基本概念和理论，在理论研究的基础上，设 计了整个系统的完成方案，用复杂可变成逻辑器件完成了 主要部分的设计，其中涉及到软件设计的部分都进行了仿真和说 明，从完成电路的性能和综合指标看，基本达到了课题的要求。 关键词直接数字合成波形发生器 输出信号频率的信号正弦波方波三角波，频率 可调可预置。 直接数字合成器设计 ， 率的正弦波输出。 对于正弦信号发生器，它的输出可以用下式来描述 其中是指该信号发生器的输出信号波形，指输出信号对应 的频率。上式的表述对于时间是连续的，为了用数字逻辑实现该表达式， 必须进行离散化处理，用基准时钟进行抽样，令正弦信号的相位 在个周期，相位的变化量为 其中是的频率对于可以理解成满相位，为了对 进行数字量化， 把切割成的次方份，由此每个周期的相位增量用量化值 来表述 ，且为整数。与式联立，可得 ， 显然，信号发生器的输出可描述为 其中指前个周期的相位值，同样得出 由上面的推导，可以看出，只要对相位的量化值进行简单的累加运算， 就可以得到正弦信号的当前相位值，而用于累加的相位增量量化值决 定了信号的输出频率，并呈现简单的线行关系。直接数字和成器就 是根据上述原理而设计的数字控制频率和成器。 下面给出些关于基本结构的常用参量计算。 的输出频率。 是频率输出字，是系统基准时钟的频率值，是相位累加器的数据 位宽，也是频率输入字的数据位宽。 的频率分辨率。或称频率最小步进值，可用频率输入值 步进个最 小间隔对应的频率输出变化量来衡量。由式得 的频率输入字计算。 ，注意要取整，有时回有误差。 。从而产生所要求的频率信号。直接频率合成器的频率范围宽，可达到很小的频率间 隔，频率转换时间很短，达级，可以产生正弦波方波等波形，杂散多，近端噪声低， 但结构复杂体积大生产复杂成本高。由于上述缺点所以没采用方案其组成框图如图 相 位 累 加 器 波 形 存 储 器 转 换 器 低 通 滤 波 器 的原理框图直接数字合成器设计 方案采用锁相式频率合成技术 锁相式频率合成器的基本原理如图，它采取的是数字锁相式频率合成技术，也就是 在锁相环路的回授过程中插入个数字分频器程控分频器，分频器的作用是使压控振荡 器的输出频率经分频后再与参考频率进行相位或频率比较，从而产生误差控制电 压，并以来调整压控振荡器的相位或频率。低通滤波器起着平滑鉴相器输出电压 的作用，它能滤掉高频成分和噪声，使环路获得所要求的性能，从而增加系统的稳定性，压 控振荡器是个输出频率受滤波器输出电压控制的振荡器，其振荡频率的高低由 的极性来决定，而变化的多少则与的大小成比例，假如程序的分频器的分频比为， 只要改变。就可以改变输出信号的频率，达到信道选择的目的，和有以下关系 式中是固定分频比，是程序可变分频比，是晶振输出的参考频率，是频 率合成器的输出频率。 锁相频率合成具有频率范围较宽，难以达到很小的频率间隔，频率转换时间较长，达 级，可以产生正弦波，方波等波形，杂散小，远端噪声小结构简单易于集成体积 小生产简单成本低。但是由模拟方法合成的正弦波的参数，如幅度频率和相位都很难 控制。方案与方案相比优越了许多，但是它运用方案不能对输出波形的幅度频率和 相位进行控制所以没采用方案。 方案采用直接数字合成技术 直接数字合成技术是近年来随着集成电路和计算机的迅速发展而出现的种新型频率 选 频 滤 波 网 的原理框图 的基本原理是利用采样定理，通过查表法产生波形。的结构 有很多种，其基本的电路原理可用图来表示。直接数字合成器设计 相位累加器由位加法器与位累加寄存器级联构成。每来个时钟脉 冲，加法器将频率控制字与累加寄存器输出的累加相位数据相加，把相 加后的结果送至累加寄存器的数据输入端。累加寄存器将加法器在上个时 钟脉冲作用后所产生的新相位数据反馈到加法器的输入端，以使加法器在下 个时钟脉冲的作用下继续与频率控制字相加。这样，相位累加器在时钟作 用下，不断对频率控制字进行线性相位累加。由此可以看出，相位累加器在 每个时钟脉冲输入时，把频率控制字累加次，相位累加器输出的数据就 是合成信号的相位，相位累加器的溢出频率就是输出的信号频率。 相位累加器是整个的核心，在这里完成上文原理推导的相位累加功 能。相位累加器的输入是相位增量，又由于与输出频率是 简单的线行关系 相位累加器的输入又可称为频率字输入，事实上当系统基准时钟是时， 就等于。 用相位累加器输出的数据作为波形存储器的相位取样地址，这样就 可把存储在波形存储器内的波形抽样