陕西理工学院毕业论文（设计）
引言
现代电子测量对信号源频率的准确度、稳定度要求越来越高。一个信号源输出的信号频率的准确度、稳定度在很大程度上是由主振器输出信号频率的稳定度所决定。传统的LC、RC振荡电路已满足不了高性能信号源要求，而利用频率合成器代替传统的调谐信号源中的LC、RC振荡电路就可以有效地解决上述问题。频率合成技术始于上世纪30年代，随着电子技术的飞速发展，频率合成的技术的发展大致上可分成直接模拟频率合成技术、锁相频率合成技术、直接数字频率合成技术三个阶段。 1、传统的直接频率合成技术(DS) 。该类方法能实现快速频率变换,具有低相位噪声以及所有方法中最高的工作频率。但由于采用大量的倍频、分频、混频和滤波环节,导致其结构复杂、体积庞大、成本昂贵,而且容易产生过多杂散分量。
2、锁相环式频率合成器(PLL)。该类技术具有良好窄带跟踪特性,可选择所需频率信号,抑制杂散分量,且省去大量滤波器,有利于集成化和小型化。但由于锁相环本身是个惰性环节,锁定时间较长,因而频率转换时间较长,且由模拟方法合成的正弦波的参数(如幅度、频率和相位等) 都难以定量控制。
3、直接数字式频率合成器(Direct Digital Frequency Synthesizer)。该类方法具有高频率稳定度、高频率分辨率以及极短的频率转换时间。此外,全数字化结构便于集成,输出相位连续,频率、相位和幅度均可实现程控,而且理论上能够实现任意波形。
随着数字技术和器件水平的提高，直接数字频率合成得到了飞速的发展．它是继直接频率合成和间接频率合成之后发展起来的第三代频率合成技术，它突破了前两代频率合成法的原理，从“相位”的概念出发进行频率合成，这种方法不仅可以产生不同频率的正弦波、方波、三角波，而且可以控制波形的初始相位，还可以用DDS方法产生任意波形。
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1 概述
1.1 课题背景
随着数字技术在仪表和通行系统中的广泛应用，一种从参考频率源生成多种频率的数字控制方法应运而生，这就是DDS，DDS技术是一种从相位概念出发直接合成所需波形的一种新的全数字频率合成技术。
在电子行业的基础设施和制造等领域，波形发生器都是有效的通用仪器。它可以生成不同频率和幅度的大量信号，用来评估新电路的运行情况，代替时钟信号，对新产品进行制造测试，及用于许多其他用途。自第一部正弦波发生器问世以来，波形发生器的设计已经发生了多次演进，在当前数字领域中，大多数新型波形发生器正采用DDS这种新技术。DDS在大部分操作中使用数字电路，从而提供了数字操作拥有的许多优势。由于信号只在合成的最后阶段转换的模拟域中，所以在多个方面降低了波形发生器的复杂度，提高了波形发生器的稳定度。
最新的波形发生器利用了DDS的优势，能够把多台不同仪器中的功能融合到一部仪器中。基于DDS的函数发生器现在不仅可移植函数发生器的功能，还可以执行任意波形发生器的功能。除此之外，某些仪器还是功能强大脉冲发生器。这些功能会给传统测试法案带来一次革命。
1.2 课题研究的目的和意义
波形发生器作为电子技术领域中最基本的电子仪器，广泛应用于航空航天测控、通信系统、电子对抗、电子测量、科研等各个领域中。随着电子信息技术的发展，对其性能的要求也越来越高，如要求频率稳定性高、转换速度快，具有调幅、调频、调相等功能。
随着数字集成电路和微电子技术的发展和提高，一种新的频率合成技术直接数字频率合成得到飞速发展，它是继直接频率合成和间接频率合成之后发展起来的第三代频率合成技术。该技术在相对带宽、频率转换时间、相位连续性、正交输出、高分辨率以及集成化等一系列性能指标已远远超过传统的频率合成技术所能达到的水平。
直接数字频率合成器的基本结构由J.Tierney在1971年首次提出。限于当时的技术和器件水平．它的性能指标尚不能与已有技术相比，故未受到重视。近年来随着数字集成电路和微电子技术的进步，这种结构独特的频率合成技术得到了充分的发展。该技术在相对带宽、频率转换时间、相位连续性、正交输出、高分辨力以及集成化等一系列性能指标已远远超过了传统的频率合成技术所能达到的水平。
1.3 国内外概况
二十一世纪，随着集成电路技术的高速发展，出现了多种工作频率可过GHz的DDS芯片，同时也推动了函数波形发生器的发展，2003年，Agilent的产品33220A能够产生17种波形，最高频率可达到20M，2005念得产品N6030A能够产生高达500MHz的频率，采样的频率可达1.25GHz。有上面的产品可以看出，函数波形发生器发展很快。
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对目前而言，国外研究和使用的波形发生器大多要求频率在10?6Hz-50MHz，产生正弦、三角、锯齿、方波、调幅等波形，而国内则对频率在5*10?3Hz-40MHz，能产生正弦、三角等基本波形的波形发生器需求大。
1.4 MAX+PLUSⅡ简介 MAX+PLUSⅡ介绍：
MAX+PLUSⅡ开发系统是Altera公司的一个完全集成化、易学易用的可编程逻辑设计环境，它可以在多种平台上运行。MAX+PLUSⅡ是Multiple array matrix and programmable logic user system 的缩写，目前已发行到了第10.0版本。它所提供的灵活性和高效性是无可比拟的。其丰富的图形界面，辅之以完整的、可即时访问的在线文档，使设计人员能够轻松的、愉快的掌握和使用MAX+PLUSⅡ软件。
MAX+PLUSⅡ的设计过程： 一、设计输入
MAX+PLUSⅡ软件的设计输入方法有很多种，主要包括原理图输入方式、文本设计输入方式、高级设计输入方式、波形设计输入方式、层次设计输入方式和底层设计输入方式。另外，还可以利用工业标准的EDA设计输入工具生成的设计文件，该软件把这些设计输入方式综合为一个设计体系，并允许信息在各应用程序间自由转换。因此，设计人员可以根据自己的实际情况灵活选择使用
二、设计处理
MAX+PLUSⅡ处理一个设计时，编译器在设计文件中读取信息并产生编程文件和仿真文件，定时分析程序可分析设计的定时，信息处理程序可自动定位错误。
三、设计效验
设计校验过程包括设计仿真和定时分析，其作用是测试逻辑操作和设计的内部定时。 （1）、仿真
MAX+PLUSⅡ的仿真器具有很强的灵活性，可以控制对单器件或多器件设计的仿真。仿真器使用编译期间生成的二进制仿真网表进行功能、定时的仿真，或把组合连接起来的多个器件作为一个设计进行仿真。 （2）、定时分析
MAX+PLUSⅡ的定时分析程序可以计算点到点的器件延时矩阵，确定器件引脚上的建立时间与保持时间要求，还可计算最高的时钟频率。MAX+PLUSⅡ的设计输入工具与定时分析程序集成在一起，这样只需简单的将设计中的起点和终端加上标志即可确定最短与最长的传播延时。此外，信息处理程序可以找出定时分析程序在设计文件中已证实的关键路径，并在适当的设计编辑器中加以显示。 四、器件编程
MAX+PLUSⅡ是使用编译器生成的编程文件对Altera器件进行编程的，它可以用来对器件编程、校验、试验，检查是否空白以及进行功能测试。Altera公司器件的编程方法有很多种，可根据实际情况进行选择。计算机及Altera专用编程电缆进行配置。编译生成的配置文件经计算机并行通信口
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接到Altera专用电缆上，再接到器件的编程接口，利用应用软件提供的编程软件Programmer即可对器件进行配置。这种方法的优点是配置方便、迅速，便于修改，缺点是必须有计算机及编程电缆，所以较适合实验室内部使用。
（1）、Altera专用串行EPROM进行配置。这种EPROM可用通用的EPROM编程器进行编程，具有不同的容量可供选择，也可用一片EPROM对多片CPLD进行配置。
（2）、通用EPROM进行配置。这种方法需要一定的外围电路对配置数据流进行格式转换使CPLD能够接受，常用的做法是在外围电路中加入一个单片机。这种方法的优点是配置方便，EPROM可多次使用，缺点是需加一定的外围控制电路。
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2 系统设计方案的研究
2.1 任意波形发生器
任意波形发生器(AWG)通常提供较深的存储器，较大的动态范围以及较宽的带宽，来满足各式各样的应用，包括通信、半导体和系统测试。AWG接收来自PC的用户自定义数据，并利用这些数据来生成任意波形。AWG用户可以将想要产生的一系列波形下载到仪器所带的存储器中。通常，可以存储实际的波形和形成这些波形所需的波形序列指令。
现在请看一下AWG的基本架构。要从AWG上产生一种波形，必须先创建任意波形本身。像模拟波形编辑器，调制工具，以及国家仪器公司(NI)的LabVIEW这类的软件工具都能够简化这些波形的创建。这些波形和其波形序列指令都存在仪器所带的RAM中。
波形生成序列通常从 TTL硬件触发器开始。各种波形由许多单个的样本构成，而生成采样率由仪器的采样时钟确定。从内部采样时钟时基(100MHz VCXO)中导出采样时钟有几种不同模式，包括DDS定时Div/N时钟，以及几种提供不同外部时钟的模式。另外，对于用于仪器的锁相环的频率基准，也有几种不同的选择。
波形通过存储器到数模转换器，数模转换器将数字采样样本转换成所需的模拟输出波形。在DAC之前，样本被数字滤波，而经过DAC之后，模拟输出又通过一个模拟滤波器。这些数字和模拟滤波器通过插值来增加采样率，并通过谐波低通滤波器滤除寄生信号，从而极大地改进了信号的质量。通常，这些滤波器都能够软件编程。
AWG允许用户规定波形片断，并通过重复来构建复杂波形。由于AWG将波形存储在自身存储器中，故波形长度受限。波形循环帮助产生具有多次重复的子段的信号。对波形段进行循环改善了存储效率，并增加了波形的持续时间。
AWG还可以规定波形中不同的级，每级都可以包括不同的波形段和不同的循环次数。AWG依次产生每一个定义的波形段。通过组合先后顺序和循环次数，就能够利用很小的存储器容量来构建非常复杂的波形。AWG可以为每段指定不同的波形片段，不过不同段之间的过渡点上的相位不一定是连续的。
最后，许多AWG都具有一个仿函数发生器功能。此时，当要求输出一个标准函数波形时，可以先用软件来产生，并下载到AWG上，然后再由AWG输出，这就不同于下面将要介绍的DDS技术。
2.2 DDS基本原理
直接数字频率综合技术，即DDS技术，是一种新型的频率合成技术和信号产生方法。其电路系统具有较高的频率分辨率，可以实现快速的频率切换，并且在改变时能保持相位的连续，很容易实现频率、相位和幅度的数控调制。
传统的生成正弦波的数字方法如2-1所示，即利用一片ROM和一片DAC，再加上地址发生计数器和寄存器即可。在ROM中，每个地址对应的单元中的内容（数据）都相应于正弦波的离散采样值，整个ROM必须包含完整的正弦波采样值，而且还要注意避免在按地址读取ROM中内容是引起的不连
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