"NIOS-II的DDS设计课程文档及实践"

课程设计之基于NIOS-II的DDS设计 课程设计文档，阐述基于NIOS-II的DDS设计 学生： 指导老师： 完成日期：2010-6-17 目录 1、设计指标 2、设计平台 3、DDS 原理介绍 4、总体设计 本课程设计的主要目标是基于NIOS-II处理器设计一个直接数字频率合成器(DDS)，该设计将实现在FPGA平台上。本文档将详细阐述这一课程设计的方方面面，包括设计目标、设计平台的选择、DDS原理介绍以及具体的总体设计方案。 1、设计指标 1.1 频率范围：DDS的频率范围应覆盖10Hz至10MHz。 1.2 相位分辨率：DDS的相位分辨率应达到12位。 1.3 输出波形：DDS应能够输出正弦波、方波和三角波等常见波形。 1.4 控制接口：DDS应具有简单易用的控制接口，便于外部控制电路对其进行控制和调节。 2、设计平台 本课程设计选择Altera的FPGA作为设计平台，NIOS-II作为处理器核心。Altera的FPGA具有丰富的资源和较高的可编程性，适合用于数字信号处理相关的设计。NIOS-II是Altera公司的一款32位嵌入式处理器，具有高性能和低功耗的特点，非常适合用于本课程设计的要求。 3、DDS 原理介绍 DDS是一种通过直接控制数字信号的相位和频率来生成任意波形的技术。其基本原理是利用一个高稳定的时钟信号作为参考时钟，并结合一个相位累加器和一个查找表来生成所需的波形。相位累加器用于累加输入的相位增量，然后将其作为查找表的地址，查找表中存储了波形的幅值。通过以恰当的速率累加相位增量，可以精确的控制波形的频率和相位。DDS技术可以灵活的生成各种波形，而且由于是数字技术，因此具有较高的稳定性和精度。 4、总体设计 4.1 系统框图 本设计的总体结构如图1所示。其核心是基于NIOS-II的处理器系统，该系统通过数据总线和地址总线连接FPGA的逻辑部分，具有很好的数据交换性能。在FPGA的逻辑部分实现了DDS的具体逻辑，其中包括相位累加器、查找表以及波形输出模块。DDS的输出波形可以通过DA转换器输出到外部电路中。 4.2 模块设计 4.2.1 相位累加器模块 相位累加器模块是DDS的核心模块之一，它负责累加输入的相位增量，并控制相位的变化。在本设计中，相位累加器模块采用32位寄存器实现，可以实现12位相位的累加。同时，相位累加器应能够接受外部控制信号，并实现对相位累加器的清零和重置。 4.2.2 查找表模块 查找表模块用于存储波形的幅值信息，由于波形是离散的，因此查找表中存储了一个个离散点的幅值。在本设计中，查找表采用存储器模块实现，可以通过地址线访问存储器中的幅值。为了提高波形的精度，本设计中查找表的存储位宽为16位。 4.2.3 波形输出模块 波形输出模块负责将DDS生成的数字波形转换为模拟波形输出到外部电路中。为了提高输出的精度和稳定性，本设计采用了12位DA转换器，并通过低通滤波器滤除掉数字波形的高频成分。同时，波形输出模块还应具有输出幅度的控制接口，以便于外部电路对波形进行幅度调节。 4.3 系统控制模块 系统控制模块是系统的控制核心，它负责接收来自外部的控制信号，并根据信号的内容对DDS的各个模块进行控制和调节。在本设计中，系统控制模块应包括一个简单易用的接口，用于输入控制信号并实现对DDS的启动、停止以及频率、相位的调节。 通过以上的总体设计方案，本课程设计将实现一个基于NIOS-II的DDS设计，并将其部署在Altera的FPGA平台上。通过这一DDS设计，我们可以实现对数字波形的灵活生成和控制，为后续的信号处理系统提供了重要的技术基础。同时，本课程设计还将通过实际的硬件实现过程，锻炼学生的动手能力和工程实践能力，为其未来的工程实践打下坚实的基础。