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毕业设计-基于DDS技术的FM信号调制的设计及其FPGA实现，共54页，28638字，附开题报告等
主要内容
1. 研究目标：
(1)原始音乐(夹带2KHz的啸叫声)由电脑的媒体播放器播放后，经音频线连到DE2的LINE IN音频输入口，DE2上音频codec对模拟音频进行采样得到数字化音频；
(2)在DE2开发平台上设计FIR滤波器滤除原始音乐中的单音啸叫得到较理想的音乐，并通过DE2上音频codec进行DAC转换，通过耳机收听音乐效果。
(3)在DE2平台上实现FM发射机，在FLASH中存放一段音乐，作为FM的调制信号，用收音机收听该音乐。
2. 研究内容：
研究内容包括以下几个部分：
(1)FPGA和Nios II 软核的基本结构；
(2)音频FIR滤波器工作原理；
(3)基于DSP Builder的音频滤波器的设计；
(4)基于Quarutus集成FIR滤波器模块，实现音频滤波；
(5)在DE2平台上实现FM发射机。
3. 技术路线：
(1)基于MATLAB/DSP Bulider 完成FIR滤波器的设计，关键解决基于FIR的IP核的设计。
(2)基于Quarutus II集成FIR滤波器模块，关键是利用Audio ADC/DAC引脚来设计音频输入。
(3)利用硬件描述语言实现整个音频滤波，此部分关键解决FIR模块的例化。
(4)在DE2平台上实现FM发射机的关键是如何在DE2得到调制信号，载波信号，以及发射信号。

摘要
本文基于直接数字频率合成(DDS)技术设计和实现频率调制功能。设计的基本思想
是利用A/D转换电路将模拟信号转换成数字信号，同时用该数字信号与一个固定的频率
字累加，形成一个受模拟信号幅度控制的频率字，从而获得一个频率受模拟信号的幅度
控制的正弦波，即实现了调频。原始信号来自一首MP3音乐，通过一个WM8731芯片
控制语音采集；利用FPGA的内部逻辑资源，产生4.5MHz载波信号，并利用DDS技术
完成频率调制；采集传送模块采用边采集边传输的方式，把调制后的信号传送出去，传
输芯片采用ADV7123。
本文的DDS调频方案的硬件系统是以现场可编程门阵列(FPGA)为核心实现的，使
用Altera公司的CycloneII系列EP2C8Q208C8FPGA芯片，整个系统由VerilogHDL语言
编程，开发软件为Quartus II。在Altera公司DE2开发平台基础上，使用Altium Designer
软件设计制作了PCB板，并且在上面实现了调制信号的采集和调频信号的发射。
通过对本系统的多次现场调试，收音机工作在FM接收模式下，调节收音机频率至
100MHz，收音机天线靠近VGA_R引脚，可以收听到调频信号。实验结果表明本系统的
设计能够达到预定的要求，本系统所采用的方案是可行和正确的。
关键词：直接数字频率合成(DDS);现场可编程门阵列(FPGA);频率调制(FM)

Abstract
This article designs and implement the frequency modulation function based on direct dig-
tal frequency synthesis (DDS) technology. The basic idea of frequency modulation of analog
signals is as follows: First,transform the analogy signals into digital signals by ADC, then add
his digital signals with fixed frequency word and acquire the frequency word which controlled
by the analogy signals. Finally,apply this frequency word to the DDS system and realize the
frequency modulation.Original signal from an MP3 music, WM8731 chip control the voice ac-
quisition; uses FPGA logic resources to generate the 4.5MHz carrier signal, and to complete
he frequency modulation with the use of DDS technology; acquisition transmission module
ransmits the signal while sampling the signal, the transmission chip is ADV7123.
The hardware of the design based on the FPGA technology and the Cyclone II series
EP2C8F208C8 FPGA which were made by Altera Inc. The whole system is described with
he Verilog HDL and developed by Quartus II software. The results show that the design is fea-
sible.By using Altium Designer software,this article designed the PCB board based on Altera
DE2 development platform, and implemented the above the modulation signal acquisition and
FM signal transmitter.
By testing the system in real environment for many times, set radio into FM mode, adjust
the radio frequency to 100MHz, the radio antenna close to the VGA_R pin, FM signal can be
acquired. The results show that the design of the system meets the desired requirements, the
system is feasible and correct.
Keywords:Direct Digital Synthesis (DDS);Field Programmable Gate Array(FPGA);frequency modulation(FM)

第1章绪论.......... 1
1.1课题研究的背景与意义.......... 1
1.2课题国内外研究现状. 1
1.2.1FPGA研究现状........ 1
1.2.2直接频率合成技术研究现状 3
1.3论文的主要工作及章节安排.. 4
第2章频率调制和DDS技术原理.......... 5
2.1调制技术介绍 5
2.2频率调制原理 6
2.3频率合成技术 6
2.3.1直接频率合成........... 7
2.3.2锁相频率合成........... 7
2.3.3直接数字频率合成... 7
2.4DDS的基本原理........ 8
2.4.1DDS的基本结构...... 8
2.4.2DDS的工作原理...... 10
2.4.3DDS的基本特点...... 11
2.4.4DDS的调制特性...... 14
2.5DDS的数学描述........14
2.6本章小结........15
第3章频率调制系统的设计方案16
3.1设计要求........16
3.2方案设计........16
3.2.1DDS和PLL组合系统方案.. 16
3.2.2DDS和低频率方波组合系统方案.... 16
3.2.3最终实现方案........... 17
3.3系统软件总体框架设计..........17
3.4系统硬件总体框架设计..........18
3.5本章小结........19
第4章频率调制系统的软件设计与实现.20
4.1FPGA设计流程..........20
4.2FGPA设计语言..........21
4.2.1硬件描述语言介绍... 21
4.2.2Verilog HDL语言介绍.......... 22
4.3FM的设计与实现......22
4.3.1调制载波的设计....... 23
4.3.2调制信号的产生....... 23
4.3.3频率调制...... 26
4.3.4调频信号的发射....... 27
4.4系统功能模块设计.....27
4.4.1PLL锁相环模块....... 27
4.4.2IC总线控制模块.... 28
4.4.3音频编解码模块....... 30
4.4.4调频信号发射模块... 33
4.5本章小结........34
第5章频率调制系统的硬件设计与实现.35
5.1开发板系统功能介绍.35
5.2Cyclone FPGA电路....35
5.3时钟电路........37
5.4音频编解码电路.........39
5.5VGA数模转换电路...40
5.6本章小结........40
第6章系统测试与结果分析........41
6.1基于SignalTap II的硬件调试41
6.2使用示波器进行功能测试......42
6.3结果分析........43
6.4本章小结........44
第7章总结和展望...........45
参考文献..46
致 谢..48

1.3 论文的主要工作及章节安排
本文基于FPGA实现的直接数字频率合成器，在此基础上进而实现频率调制，有着
灵活的接口和控制方式、较短的转换时间、较宽的带宽、以及相位连续变化和频率分辨
率较高等优点，与传统调制方式相比，具有高性能、低成本，高灵活性的优势。
论文通过对频率调制和直接数字频率合成原理的分析，与FPGA技术相结合，确定
采用基于片上可编程系统的方法进行设计，实现了频率合成技术、频率调制技术和FP-
GA编程技术的结合。硬件以Altera公司的FPGA芯片为基础，本论文中的设计采用的
是Altera的Cyclone II EP2C8Q208C8 FPGA芯片。
本论文内容安排如下：
第一章，绪论。本章主要论述了课题研究的背景和意义，以及国内外的研究现状，给
出了本文主要设计内容和设计思想。
第二章，频率调制和DDS技术原理。本章介绍了调制技术的原理，并对频率调制原
理进行了分析。简单介绍了频率合成技术的几种常见方法，并重点介绍直接数字频率合
成技术的基本结构，工作原理，基本特点及调制特性，并对DDS进行了数学描述。
第三章，频率调制系统的设计方案。介绍系统总体结构，系统总体设计方案。
第四章，频率调制系统的软件设计与实现。本章主要介绍了频率调制系统软件实现。
对系统的软件开发环境和开发平台进行了介绍，并按照软件开发流程进行模块化设计、实
现。
第五章，频率调制系统的硬件设计与实现。本章主要介绍了频率调制系统的硬件设
计和实现。对系统的硬件开发平台进行了介绍，对应用芯片进行分析，并给出了具体实
现。
第六章，系统测试与结果分析。本章最整个系统的软硬件进行调试，并观察分析波
形结果。
第七章，总结和展望。本章对论文工作进行了总结，指出有待改进的地方，对论文
下一步的工作进行了展望。