基于FPGA的DDS任意波形发生器设计与误差分析

"这篇硕士学位论文主要探讨了基于FPGA的函数信号发生器的设计与实现，作者黄振华，导师李正明，属于控制理论与控制工程专业，2009年于江苏大学完成。论文详细介绍了DDS技术以及FPGA在实现高性能函数发生器中的应用，同时对误差分析进行了讨论，包括输入误差和测量误差两方面。" 在现代测试领域，任意波形发生器（AWG）是不可或缺的通用仪器，它代表了信号源的发展趋势。直接数字频率合成（DDS）作为一种全数字的频率合成技术，自20世纪70年代初以来，因其能够生成任意波形的能力而受到广泛关注。FPGA因其高集成度、高速度和大容量存储器功能，成为实现DDS的理想平台，能有效提升函数发生器的性能，降低成本。 论文首先概述了函数波形发生器的研究背景和DDS的基本理论。接着，作者详细阐述了使用FPGA实现DDS模块的设计流程，分析了设计中需要解决的问题，并按照功能将其划分为控制模块、外围硬件和FPGA器件三个部分。选用Altera公司的EP2C35F672C6 FPGA芯片作为波形数据生成的核心，三星公司的S3C2440作为控制芯片。设计中，FPGA芯片的硬件编程和与控制芯片的接口设计是关键，作者利用Altera的Quartus II设计工具和Verilog HDL语言成功解决了这个问题。 系统测试结果显示，设计的信号发生器可以输出频率步进为0.01 Hz，范围从0.01 Hz到20 MHz的正弦波、三角波、锯齿波、方波，或者0.01 Hz到20 kHz的任意波形。误差分析包括输入误差（主要源于相位累加器字长限制导致的频率控制字误差）和测量误差（主要由噪声引起的正弦波过零点偏移导致的频率测量偏差）。通过实验，设计达到了预期目标，验证了采用FPGA技术结合软硬件设计方法实现任意波形发生器的可行性。 关键词：函数发生器，直接数字频率合成，现场可编程门阵列