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基于FPGA的数字频率合成系统的设计与实现

作　者: 叶忠彬
导　师: 刘丹；周志寅
学　校: 电子科技大学
专　业: 软件工程
关键词: DDS FPGA 跳频线性调频
分类号: TN791
类　型: 硕士论文
年　份: 2011年
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内容摘要

本论文为中国航天科技集团第七研究院院级预先研究项目,主要以XX雷达为背景,产生XX雷达所需的跳频信号及线性调频信号。本论文研究的意义在于通过本次预研,掌握全相参跳频频率合成的关键技术,为企业后续高性能全相参体制雷达在发射高纯度信号与接收弱信号能力等方面提供技术支撑,在抗杂波,同频异步,有源干扰等方面提供一定的技术支撑,为后续频综系统的工程化提供技术储备,提高企业自身的研发能力。本论文主要研究内容就是通过直接数字合成技术(DDS)+直接模拟频率(DS)的混合式频率合成方式实现参考信号的全相参、低相噪、低杂散、频率高速捷变及生成线性跳频信号。本论文分为数字和模拟两大部分。本论文主要研究数字部分,数字部分主要由两片AD9852芯片和一片FPGA芯片构成。文章首先介绍了频率合成器的发展,阐述了基于FPGA实现DDS技术的意义;然后介绍了DDS的基本理论;接着介绍了FPGA的基础知识如结构特点、开发流程、使用工具等;随后介绍了利用FPGA实现直接数字频率合成(DDS)的原理、电路结构等。重点介绍DDS技术在FPGA中的实现方法,给出了部分VHDL源程序。先对软件实现过程进行了线性调频信号产生流程设计,跳频信号产生流程设计。然后按照流程设计中特定的算法计算出AD9852产生不同周期、不同脉宽的线性调频信号和跳频信号时所需的工作模式状态,频率起始量,频率增量,频率步进量,并将频率起始量,频率增量,频率步进转换成十六进制的频率控制字并制表,通过FPGA将线性调频信号及跳频信号的频率控制字表存在FPGA的ROM中。在线性调频信号产生及频率跳变过程中,FPGA根据频率控制字利用查表法从ROM中取出相应频率控制字按照事先约定的时序关系写入DDS中,实现通过FPGA软件控制AD9852的输出信号的过程。采用该方法设计的数字频率合成系统具有高性能、高性价比,电路结构简单等特点;最后给出硬件实物照片和测试结果,测试结果表明,该系统各项指标均能满足设计要求,很好的完成了产生跳频信号及线性调频信号的功能。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-9
第一章绪论  9-14
  1.1 数字频率合成系统的发展情况  9-11
  1.2 实现DDS 的几种方案  11-12
    1.2.1 采用高性能的DDS 单片电路解决方案  11
    1.2.2 自行设计基于可编程器件的解决方案  11-12
    1.2.3 基于FPGA 的DDS 系统合成方案  12
  1.3 本课题的研究内容  12-14
第二章 DDS 与FPGA 技术的工作原理  14-25
  2.1 DDS 的工作原理  14-17
    2.1.1 DDS 的基本原理  14-16
    2.1.2 DDS 的结构  16-17
    2.1.3 DDS 的主要性能  17
  2.2 可编程器件相关技术  17-25
    2.2.1 可编程器件(PLD)的发展历程  17-18
    2.2.2 FPGA、CPLD 概述与区别  18-19
    2.2.3 Xilinx FPGA 产品介绍  19-20
    2.2.4 VHDL 硬件描述语言介绍  20-22
    2.2.5 FPGA 开发基本方法  22-23
    2.2.6 典型FPGA 开发流程及注意事项  23-25
第三章基于 FPGA 的数字频率合成系统的方案设计  25-39
  3.1 系统的主要技术指标  25-26
  3.2 软件开发平台  26-28
  3.3 DDS 芯片的选择  28-32
  3.4 DDS 方案设计  32-39
    3.4.1 跳频信号设计  36-37
    3.4.2 线性调频信号设计  37-38
    3.4.3 频率跳变时间设计  38-39
第四章系统的实现  39-54
  4.1 硬件设计  39-41
  4.2 软件设计  41-54
    4.2.1 跳频信号软件设计  41-46
    4.2.2 线性调频信号软件设计  46-54
第五章基于 FPGA 的数字频率合成系统仿真与测试结果  54-61
  5.1 程序仿真结果  54-57
  5.2 测试结果  57-59
  5.3 测试结果分析  59-60
  5.4 研制样机  60-61
第六章结论  61-62
致谢  62-63
参考文献  63-65
附录 A  65-78

基于FPGA的数字频率合成系统的设计与实现

内容摘要

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