摘要：为了进步数字调制信号发生器的频率准确度和安稳度，并使其相关技能参数灵敏可调，提出了依据FPGA和DDS技能的数字调制信号发生器规划办法。运用Matlab／Simulink、DSP Builder、QuartusⅡ3个工具软件，进行根本DDS建模，然后在DDS模块的基础上，经过单片机等电路组成的操控单元的逻辑操控效果，依据通讯体系中数字调制办法的根本原理，规划并完结了数字调制信号发生器，然后完结二进制频移键控(2FSK)、二进制相移键控(2PSK)和二进制幅移键控(2ASK)3种根本的二进制数字调制。所得仿真结果表明规划办法的正确性和有用性。
要害词：数字调制信号；直接数字频率组成器；FPGA；DSP Builder
信号发生器品种许多，按是否运用频率组成技能来分，可分为非频率组成式信号发生器与频率组成式信号发生器。其间频率组成式信号发生器的频率准确度和安稳度都很高，且频率接连可调，是信号发生器的开展方向。频率组成技能开展很快，先后阅历了：直接模仿频率组成技能、锁相频率组成技能(PLL)、直接数字式频率组成技能(DDS)和混合式频率组成技能。模仿频率组成的信号发生器电路硬件结构杂乱，体积大，价格昂贵，不便于集成化；PLL易于集成化，体积小，结构简略，功耗低，价格低，并且具有极宽的频率规模和非常杰出的寄生信号按捺特性，但频率切换时刻相对较长，相位噪声较大；DDS是依据取样技能和数字计算技能来完结数字组成，发生所需频率的正弦信号，极易完结频率和相位操控，且切换时刻快，特别适于组成恣意波形，集成度高，体积小，其因频率分辨率高、频率切换速度快、相位噪声低和频率安稳度高级长处而成为现代频率组成技能中的佼佼者。直接模仿式、锁相环式和直接数字式频率组成技能都有其优缺点，独自运用任何一种办法，有时也很难满足要求。此刻可将这几种办法归纳使用，即为混合式频率组成技能。而跟着微电子技能和EDA技能的深入研究及开展，DDS技能更是得到了飞速的开展，一起，依据现场可编程逻辑门阵列(FPGA)的规划具有灵敏、速度快等长处。因而，本文将依据DDS技能，使用Altera公司推出的DSP Builder和QuartusⅡ软件进行根本DDS建模，然后在DDS模块的基础上，经过单片机等电路组成的操控单元的逻辑操控效果，完结一个依据FPGA硬件渠道的数字调制信号发生器的规划与完结。使其具有频率分辨率高、准确度和安稳度高、抗干扰才能强、相关技能参数灵敏可调等长处。
1 DDS及数字调制办法的根本原理
1．1 DDS的根本原理
直接数字频率组成器(Direet Digital Frequencv Synthesizer-DDS)是一种依据全数字技能，从相位概念动身直接组成所需波形的一种频率组成技能。DDS频率组成器具有以下优秀的功能：作业频率规模很宽；极高的频率分辨力；极短的频率转化时刻；恣意波形输出才能；数字调制功能好等。
以组成正弦信号为例阐明DDS的根本原理。关于一个正弦信号可表明如下：
Sout=Asin(ωt)=Asin(2πfoutt) (1)
其间：Sout为正弦信号，fout为正弦信号的频率。上式正弦信号表明关于时刻t是接连的，为了用数字逻辑完结该表达式，需求进行离散化处理。用基准时钟进行fclk采样，令正弦信号的相位为：θ=2πfoutt，在一个基准时钟周期Tclk内，相位的改动量为：
由上所述，只需将相位的量化值进行累加运算，就能够得到正弦信号的当时相位值θk。其间用于累加的相位增量量化值B△θ决议了信号的输出频率fout，并且为简略的线性关系。这便是直接数字组成器DDS的规划原理。
图1所示为一个根本的DDS结构，首要由相位累加器(PD)、相位调制器、正弦查找表(波形存储器ROM)、数模转化器(DAC)等构成。相位累加器是DDS的中心部件，其输入是相位增量B△θ，因为与输出频率fout成线性关系，故相位累加器的输入又能够称为频率字输入，事实上，当体系基准时钟频率fclk为2N时，B△θ就等于fout。相位累加器在基准时钟的效果下进行相位累加，当累加满时发生一次溢出，就完结一个周期的信号组成。
相位调制器接纳相位累加器的相位输出，在这里加上一个相位偏移值，首要用于信号的相位调制，如PSK(相移键控)，不运用时能够去掉该部分，或许加一个固定的相位字输入。
正弦查找表进行波形的相位到起伏的转化，它的输入是相位调制器的输出，也便是波形存储器的地址值，其输出送往数模转化器，转化成模仿信号，再经低通滤波器滤除其间的高频成分，将其变成润滑的正弦波输出。
因为相位调制器的输出数据位宽M也是波形存储器的地址位宽，因为受数模转化器位数的约束，因而在实践的DDS结构中Ⅳ尽管很大，而M总为10位左右。
1．2 数字调制办法的根本原理
用数字基带信号将载波信号变换为数字带通讯号(已调信号)，以使数字信号在带通讯道中传输，其进程叫做数字调制(digital modulat ion)。一般数字调制跟模仿调制的根本原理相同，可是数字信号具有离散取值的特色。因而数字调制技能有两种办法：一是运用模仿调制办法去完结数字式调制；二是运用数字信号的离散取值特色经过开要害控载波，然后完结数字调制。这种办法一般称为键控法，比如对载波的起伏、频率和相位进行键控，即可得到幅移键控(ASK)、频移键控(FSK)和相移键控(PSK)3种根本的数字调制信号。而数字信息有二进制和多进制之分，因而数字调制可分为二进制调制和多进制调制。在二进制调制中，信号参量只要两种或许的取值。当调制信号是二进制数字基带信号时，这种调制称为二进制数字调制。在二进制数字调制中，载波的起伏、频率和相位只要两种改动状况，相应的调制办法有二进制幅移键控(2ASK)、二进制频移键控(2FSK)和二进制相移键控(2PSK)。
依据以上数字调制办法的根本原理，依据FPGA和DDS技能，运用DSP Builder工具软件，即可规划并完结数字调制信号发生器。
2 数字调制信号发生器规划
2．1 体系结构图
数字调制信号发生器体系结构图如图2所示。
2．1．1 操控单元
操控单元部分首要完结数据的输入及操控等功能。为了使所规划的数字调制信号发生器具有抗干扰才能强、相关技能参数灵敏可调等长处，此单元以单片机为中心，配以其他辅佐电路，其操控效果经过汇编语言编程后下载到单片机来完结，即别离完结对DDS的3个输入频率字、相位字及起伏字进行键控挑选，然后完结频移键控(FSK)、相移键控(PSK)和幅移键控(ASK)3种根本的数字调制，反映载波信号的频率、相位及起伏改动特征，终究得到FSK、PSK、ASK的数字调制信号。
2．1．2 DDS模块
DDS模块是本体系的要害，图2中DDS模块里的DDS根本结构图如图1所示，选用FPGA完结。
2．2 依据DDS的数字调制信号发生器规划
首要，运用Matlab和DSP Builder规划出根本DDS模型，再依据DDS子体系，运用其发生的正弦信号作为载波信号，以二进制数字基带信号为调制信号，完结二进制数字调制信号，然后在操控单元的效果下完结二进制频移键控(2FSK)、二进制相移键控(2PSK)和二进制幅移键控(2ASK)3种根本的二进制数字调制，最终完结依据FPGA的数字调制信号发生器的规划。
图3为数字调制信号体系模型。其间操控单元完结频率字、相位字及起伏字等数据。
输入及数字调制办法的挑选等功能。
此模型的中心是DDS子体系，其详细结构如图4所示。DDS子体系共有3个输入，别离是32位频率字输入、10位相位字输入、10位起伏字输入；一个10位DDSout输出。经过改动相位字输入、频率字输入及起伏字输入，即可取得所需输出波形。
经过操控单元可顺次完结2ASK、2PSK、2FSK调制。若图3中译码器输入为00，可完结2PSK的数字调制，图5为2PSK模型规划图。
由图可知，运用二选一多路数字挑选器(n-to-1Multiplexer)模块对根本DDS模型的相位字进行键控，即在操控单元的效果下对所输入的两个相位字进行挑选就能够完结2PSK调制。如图6所示2PSK调制的仿真波形。
同理，若图3中译码器输入为01，可完结2FSK的数字调制，图7为2FSK模型规划图。运用二选一多路挑选器模块对根本DDS模型的频率字进行键控，即对两个频率字(相位增量)进行挑选就能够完结2FSK调制。如图8所示为2FSK调制的仿真波形。
然后，将图3中译码器输入设为10，可完结2ASK的数字调制，图9为2ASK模型规划图，即运用二选一多路挑选器对根本DDS模型的起伏字进行键控，然后完结对两个起伏字的挑选，并选用乘法器(Product)来完结2ASK调制，如图10所示为2ASK调制的仿真波形。
3 数字调制信号发生器硬件完结
建模算法仿真完结后，挑选让DSP Builder主动调用QuartusII软件，完结归纳(Synthesis)、网表生成(ATOM Netlist)、QuartusII适配，最终经过QuartusII在FPGA上完结硬件完结后，经DAC进行模数转化，再经低通滤波器后，能够在示波器上看到共同的波形输出。
4 结束语
文中依据FPGA和DDS技能，运用Matlab／Simulink、DSPBuilder、QuartusⅡ3个工具软件进行根本DDS建模，在DDS模块的基础上，依据数字调制办法的根本原理，经过单片机等电路组成的操控单元的逻辑操控效果，规划并完结了数字调制信号发生器，其具有频率分辨率高、安稳度高、抗干扰才能强、相关参数灵敏可调等长处，并且规划办法便利有用。
