FPGA毕业答辩PPT

1、第一章第一章 绪论绪论第二章第二章 FPGAFPGA工作原理工作原理第三章第三章 DDSDDS工作原理工作原理第四章第四章 系统方案及电路设计系统方案及电路设计第五章第五章 调试调试第六章第六章 性能结果测试及分析性能结果测试及分析第七章第七章 总结总结毕业论文答辩毕业论文答辩绪论1.1 1.1 引言引言信号发生器又叫测量用信号源，作为电子技术领域中最基本的电子仪器，广泛应用于各个领域中 蒋志勇.基于FPGA的DDS波形发生器设计J.科技信息.2012.（1）：227-228。信号发生器主要是产生各种不同频率、相位、幅度、波形的各种输出信号，用于各种不同条件、要求、场合的测试领域，以及机械、医

2、疗等需要产生特定输出信号的领域。随着电子技术的发展，信号发生器正向多功能、数字化、自动化的方向发展，对其性能的要求也越来越高，如要求输出频率稳定性高、转换速度快、能够输出任意波等。1.3 DDS1.3 DDS的优劣的优劣1.3.1 DDS1.3.1 DDS的优点的优点1.3.2 DDS1.3.2 DDS的缺点的缺点(1)输出信号的频率分辨率可以做到非常高(2)频率转换快、相位连续、相位噪声小(3)复杂方式的信号调制很容易实现(4)微处理器接口，控制容易，稳定可靠(5)大规模集成，体积小，功耗低，重量轻。(1)DDS系统输出信号频率低(2)输出信号当中含有比较大的杂散信号 1.3.3 单芯片DD

3、S介绍 年来，DDS技术获得了长足的进步，在跳频通信、电子对抗、自动控制和仪器设备等领域得到了广泛的应用，如美国模拟器件(AnalogDevices)公司的AD985x、AD995x系列单片DDS表1.1 美国模拟器件公司DDS的主要特性1.4 1.4 本论文主要内容本论文主要内容本论文主要内容如下：本论文主要内容如下：1、对国内外信号发生器的现状进行了介绍，并介绍2、了DDS系统的优缺点3、对FPGA的工作原理及设计流程进行了简介，并分析了FPGA来实现DDS的三种方法4、对DDS的工作原理、特点和特性特性进行研究、分析5、系统方案和电路设计调试6、性能结果测试及分析7、总结 课题要实现的目

4、标：课题要实现的目标：1、信号输出频率范围：1Hz5MHz；2、信号输出频率精度：1Hz；3、信号输出电压范围（峰峰值）：0.2V5V；4、信号输出电压精度：0.1V；5、信号输出类型：正弦波、方波、三角波。BACKBACK 第二章 FPGA工作原理2. FPGA2. FPGA的简介及特性介绍的简介及特性介绍随着数字化技术的不断普及，当今社会已经步入了一个数字集成电路广泛应用的时代。数字集成电路经历了由小中规模到超大规模及专用集成电路(ASIC)的发展历程，其本身的变化就是翻天覆地的。一方面，微电子技术日新月异的发展使得半导体厂商已经无力独立承担设计与制造集成电路的艰巨任务。另一方面，系统设计

5、师们更愿意自己设计专用集成电路(ASIC)芯片，并希冀设计周期尽可能短以提升设计效率，满足实时的需求。其中应用最为广泛的莫过于现场可编程逻辑阵列(FPGA)和复杂可编程逻辑器件(CPLD)。2.1FPGA系统结构和资源 2.22.2FPGAFPGA的设计流程的设计流程结构图1 1、内部资源结构图、内部资源结构图2 2、LUTLUT由一系列级联复用器构成由一系列级联复用器构成 3. 可编程布线 4. 可编程I/O 5. 时钟 编写FPGA设计流程图 2.2 FPGA实现DDS的方法 基于IIR滤波器的DDS利用IIR滤波器产生正弦波如图所示，图中IIR滤波器是一个全极点滤波器。 对应的IIR滤波

6、器的幅度频谱图 对应的IIR滤波器的冲激响应图 基于DDS硬件结构 细化后的DDS整体结构 细化的相位累加器 产生正交的正、余弦信号的DDS整体结构 三个要素对DDS性能及占用FPGA资源的影响BACKBACK 第三章 DDS工作原理 DDS理论可行性 与大多数的数字信号处理技术一样，DDS技术的理论基础是奈圭斯特抽样定理。奈圭斯特抽样定理是任何模拟信号进行数字化处理的基础，它描述的是一个带宽有限的模拟信号经抽样变成离散值后，是否可以由这些离散值无失真地恢复出原始模拟信号的问题。根据奈圭斯特抽样定理我们可以通过两次抽样之间的相位增量（小于）来控制所得离散序列的频率，经保持、滤波之后，就可以得到

7、此频率的模拟信号。 3.2 直接数字频率合成基础正弦波形的采样及系统时钟频率形成 DDS系统的基本原理图3.4.1 理想情况下DDS的频谱特性 数模转换器分辨率的值无穷小，具有理想的转换特性相位 相位累加器的输出完全作为波形存储器的地址码 波形存储器存储的波形幅度值没有量化误差理想情况的特性，同时不考虑幅度量化误差和相位截断误差，DDS系统同时符合下面三个条件： 理想情况下DDS的输出频谱特性mCOfofcf2cf3cfcoffcoff2coff2coff3coff2cf奈圭斯特采样带宽 DDS系统输出的杂散信号抑制方法杂散信号对DDS系统输出的频谱有着非常严重的影响，在DDS系统输出信号频谱

8、中，对于带外的杂散信号，可以用性能优良的LPF加以滤除；不过对于的带内杂散信号，要采取必要的方法BACK第四章 系统方案及电路设计系统设计目标根据前面的分析及课题要求，拟定这次课题电路系统要实现的目标如下：1.信号输出频率范围：1Hz5MHz；2.信号输出频率精度：1Hz；3.信号输出电压范围（峰峰值）：0.2V5V；4.信号输出电压精度：0.1V；5.信号输出类型：正弦波、方波、三角波。 4.2 主要器件的选择 FPGA主芯片 DAC的选择 4.3 系统构成按键消抖模块显示控制模块各种波形查表模块DATHS5651控制模块总控制电路模块数字乘法器模块DATHS5651显示模 块按键输入低通滤

9、波器FPGA 4.4 FPGA的设计 系统控制模块的设计系统控制模块的构成主要有相位累加器、幅值控制电路、频率控制电路和波形选择电路。相位累加器的时钟频率为100MHz，幅值控制电路、频率控制电路和波形选择电路的时钟频率为10KHz。波形选择电路是选择系统要求的正弦波、方波和三角波三种波形加上由上述电路生成每按一次键就产生单一脉冲的基础，所以只需要一个按键逐次选择一种波形既可，用状态机很容易实现，状态如图 要实现设计目标对频率和幅度的控制频率控制状态图 幅值控制状态图BACK第五章 调试具体步骤具体步骤调试过程包括各种仿真，检验是否达到设计目标。通过仿真能发现问题，及时修正，使设计进度加快，有

10、利于可靠性的提高。之后进行综合优化，看看能否在FPGA上实现所需功能。在最后进行在线调试，将生成的配置文件写入芯片中进行各种测试。 本次设计调试过程主要以FPGA+DAC为中心进行，观察整个系统输出信号的波形、幅度及频率是否与按键控制相符、波形是否失真 把FPGA核心板与外围接口硬件电路相连，实时观察按键操作控制是否正常，波形和显示是否正常 节数模转换器的输出电流和外接运放的电路参数，直到输出波形达到要求BACK 第六章 性能结果测试及分析系统输出信号波形为正弦波、方波和三角波，它们的频率和幅值可调。用示波器对测试波形进行显示，用频率计来测量输出信号频率，用毫伏表来测量输出信号幅值，用失真仪来

11、测量输出波形的失真度数据表一 波形频率测试数据数据表二 波形幅值测试数据数据表三 波形稳幅测试数据波形频率测试数据波形幅值测试数据波形稳幅测试数据误差分析幅值量化误差电源噪声后级运放产生的误差由于DDS 的工作原理是基于数字抽样及数模恢复的处理，所以输出的模拟信号中必然会有杂散噪声，其主要来源有以下几个方面：BACK 第七章 总结本设计围绕本设计围绕FPGAFPGA来进行，来进行，深入分析了深入分析了DDSDDS的相关理论和用的相关理论和用FPGAFPGA来实现来实现DDSDDS的方法，以的方法，以Quartus II Quartus II 8.08.0为设计平台，利用为设计平台，利用A1teraA1tera公司高公司高性价比的性价比的Cyclone II Cyclone II 系列系列FPGAFPGA芯片芯片EP2C8Q208C8NEP2C8Q208C8N的核心板，完成了的核心板，完成了DDSDDS数字部分的逻辑设计，配合相关外数字部分的逻辑设计，配合相关外围电路实现了课题的各项指标。围电路实现了课题的各项指标。 第七章 总结在研究和设计的过程中，不断参阅在研究和设计的过程中，不断参阅和学习国内外相关的文献，