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DDS信号发生器的SOPC实现与软件设计

作　者: 李兆国
导　师: 尹俊勋；宋跃
学　校: 华南理工大学
专　业: 电路与系统
关键词: 直接数字频率合成片上可编程系统 Nios-Ⅱ μClinux 信号发生器
分类号: TN741
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

论文研究了利用SOPC技术开发DDS信号发生器的方法,主要讨论了信号发生器中DDS模块在FPGA中的设计实现以及基于Nios-Ⅱ软核处理器的控制系统的开发。DDS模块是信号发生器的核心部分,包括相位累加器、波形存储器和数模转换电路。它的相位累加部分和波形存储部分都在FPGA中实现,针对这两个部分,论文对DDS原理做了讨论和仿真分析,然后用VHDL语言实现了一个应用于Nios-Ⅱ系统的DDS组件。然后在FPGA外部加上数模转换与幅度控制电路,从而组成一个完整的DDS模块。该DDS模块除了输出基本信号波形外,并同时具备模拟调制与数字调制功能。由于是由软件控制产生波形数据,该DDS模块能方便的应用于任意波形发生器中。基于Nios-Ⅱ的DDS信号发生器控制系统开发主要包括两方面:一是Nios-Ⅱ系统的构建,二是μClinux系统的移植与相关控制软件的编写。对Nios-Ⅱ系统的构建工作中,论文在FPGA上实现了适用于Nios-Ⅱ系统的LCD控制器、NAND Flash控制器等组件,再结合DDS模块以及SOPC Builder中自带的标准控制器和外设,完成Nios-Ⅱ定制系统的构建。在软件方面,论文中分析了U-boot与μClinux的移植过程,并完成相关驱动程序以及控制程序的编写或修改。利用FPGA作为硬件平台,可以大大增强了系统的灵活性,能随着SOPC的发展升级硬件,而不用更新代码;利用μClinux作为软件平台,让上层应用程序与底层相隔离,使系统的移植更加方便。最后,对系统进行了测试与验证,用示波器观察输出的波形,证明了该系统的可行性。

全文目录

摘要  6-7
ABSTRACT  7-10
第一章绪论  10-16
  1.1 数字信号发生器的发展状况  10-11
  1.2 频率合成技术的发展  11-13
  1.3 直接数字频率合成技术概况  13-14
  1.4 本课题的研究意义与内容  14-16
第二章信号发生器的总体设计  16-30
  2.1 可编程逻辑器件及设计软件介绍  16-20
    2.1.1 可编程逻辑器件介绍  16-17
    2.1.2 Cyclone 器件与Nios-Ⅱ介绍  17-18
    2.1.3 Quartus Ⅱ开发环境介绍  18-20
  2.2 系统SOPC 设计  20-28
    2.2.1 基于Nios-Ⅱ的SOPC 系统开发流程  20-22
    2.2.2 Avalon 总线介绍  22-23
    2.2.3 LCD 控制器设计  23-24
    2.2.4 系统SOPC 整体设计  24-28
  2.3 DDS 信号发生器的设计思路  28-29
  2.4 本章小结  29-30
第三章 DDS 模块的FPGA 设计  30-49
  3.1 直接数字频率合成的基本原理  30-32
  3.2 DDS 模块的VHDL 实现  32-38
    3.2.1 输入时钟控制模块  32-34
    3.2.2 相位累加器  34-35
    3.2.3 波形存储器  35-36
    3.2.4 D/A 数模转换  36-38
  3.3 模拟调制信号  38-42
    3.3.1 幅度调制AM  38-39
    3.3.2 频率调制 FM  39-42
  3.4 数字调制信号  42-46
    3.4.1 幅移键控ASK  42-43
    3.4.2 频移键控FSK  43-45
    3.4.3 相位键控PSK  45-46
  3.5 扫频信号  46-47
  3.6 本章小结  47-49
第四章信号发生器的软件设计  49-62
  4.1 软件整体架构  49
  4.2 操作系统移植  49-53
    4.2.1 U-boot 与μClinux 介绍  49-51
    4.2.2 U-boot 与μClinux 移植  51-53
  4.3 波形的产生  53-55
  4.4 波形频率控制  55-57
  4.5 系统菜单的设计  57-61
  4.6 本章小结  61-62
结论  62-64
参考文献  64-66
攻读硕士学位期间取得的研究成果  66-67
致谢  67

DDS信号发生器的SOPC实现与软件设计

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