高精度的正弦信号在现代科研工作中使用较为频繁，而目前市场上的波形发生器的价格昂贵，且很多使用模拟按钮调频，因而无法实现数字调频和计算机控制，不适合教学科研应用。随着直接数字频率合成(DDS)技术和现场可编程门阵列(FPGA)技术的迅速发展和广泛应用，极大地促进了数字化技术在电子测量仪器中的应用，使原有的模拟信号处理逐步被数字信号处理所代替，从而扩充了仪器信号处理能力。为数字信号发生器的实现提供了更简捷的实现方式。

在现代电子技术的研究及应用领域中，常常需要高精度且频率可调的信号源。并且要求由数字信号来控制，这就是数字式频率合成器，也即DDS技术。首先，DDS的频率分辨率在相位累加器的位数N足够大时，理论上可以获得相应的分辨精度，这是传统方法难以实现的；其次，DDS是一个全数字结构的开环系统，无反馈环节，因此其速度极快，一般在毫微秒量级；再次DDS的相位误差主要以来于时钟的相位特性，相位误差小；第四，DDS的相位是连续变化的，形成的信号具有良好的频谱，这是传统的直接频率合成方法无法实现的。因此，DDS技术为这类高精度且频率可调的信号发生器的设计与实现提供了理论依据与技术支持。

本课题的研究就是针对某学校数字电子技术实验室数字信号源的需求为背景展开的。本设计采用ALTERA公司的Cyclone系列FPGA为数字平台，利用Verilog HDL语言在FPGA中设计出了产生正弦信号的DDS器件，并将其封装成IP核；然后运用了基于NIOS II嵌入式处理器的SOPC技术对DDS IP核加以控制。通过在NIOS中软件编程解决不同的调制方式的实现和选择。系统频率要求实现1KHz~10MHz可调，要求步进达到100Hz；完成AM、FM、ASK、PSK四类调制信号等功能。

2. 研究的基本内容与方案

根据DDS原理利用FPGA自行设计DDS芯片，再引入SOPC片上可编程技术，并在FPGA内嵌入32位的软处理器NIOS II，实现对整个系统的控制，最大限度地实现了设计的数字化、集成化。

整个系统中NIOS II是整个系统的控制核心，主要通过控制片内各个IP核，如：DDS_ CODE、DDS _IP、KEYPAD_IP、LCDCRTL_IP等来达到管理外围电路的目的；DDS_CODE用于产生正弦信号和各种调制信号，如：AM、FM、ASK、PSK等信号；KEYPAD_IP主要用于管理按键开关的各种工作模式；而按键开关就是用于各种工作方式的设置；LCDCRTL_IP则用来管理液晶显示模块；而液晶显示模块则主要用于显示各种波形的幅度和频率；片上存储器用于存放正弦波形ROM表，ROM表中存放着正弦波一个周期内的多个点的采样数据；DAC模块用于将DDS输出数字波形信号转换成模拟信号；LC滤波网络是为了有效地滤除主频以外的杂散分量，保证输出信号频谱纯度；功率放大模块则是保证输出波形的幅度。该方案具有设计新颖、集成度高等优点。

【1】严国萍.通信电子线路.北京：科学出版社出版社，2014

【2】刘凌.数字信号处理的FPGA实现. 北京：清华大学出版社，2012

【3】黄智伟.无线发射与接收电路设计.北京：北京航空航天大学出版社，2011

【4】马品宏．基于SOPC的任意波形发生器的研究与开发，大连理工大学硕士论文，2014

【5】解峰．SOPC的技术研究一一基于SOPC的GPS接收系统，天津理工大学硕士论文，2013