基于上位机的FPGA DDS实现控制系统

简介：
本项目开发了一种基于上位机的FPGA DDS（直接数字频率合成）控制系统，实现了高效、灵活的信号生成与处理功能。通过图形化界面配置DDS参数，系统能够产生高精度、低抖动的正弦波等信号，广泛应用于雷达、通信等领域。 在电子工程领域内，FPGA（现场可编程门阵列）是一种可以按需定制硬件电路的可编程逻辑器件。DDS（直接数字合成）是用于生成高精度、频率可调模拟信号的一种数字信号处理技术。本项目旨在通过FPGA实现DDS，并结合个人计算机控制程序灵活配置DDS参数。MATLAB代码用来设计DDS算法，而VB（Visual Basic）则编写上位机的控制软件。 DDS的基本原理在于使用高速计数器累加相位累加器的结果，经过分频后转化为频率可调的数字波形。这个数字波形再通过DA转换器转变为模拟信号。MATLAB作为强大的数学工具可以方便地进行数值计算和算法设计，在生成DDS算法方面尤为理想。在该软件中，我们可以构建相位累加器、查找表（LUT）及分频器等模型来创建所需的频率的正弦波或方波。 接下来，VB作为一种微软开发的可视化编程语言，常用于创造用户界面友好的应用程序。在此项目里，由VB编写的程序作为上位机通过串口与FPGA进行通信。这种通信方式支持单工、半双工和全双工模式，并允许设置波特率、数据位数、停止位以及校验等参数来发送命令以配置DDS的频率、幅度及相位。 在实现过程中，VB程序可能具备以下功能： 1. 设置初始的DDS参数：例如起始频率和振幅。 2. 动态更改DDS参数：运行时根据需要调整频率、相位或振幅。 3. 监控FPGA状态：获取实时输出信息如当前信号频率或质量。 4. 错误处理：检测并解决通信错误，确保数据传输的准确性。 在FPGA端，必须配置适当的接口逻辑以接收VB程序命令，并执行相应操作。这包括解码指令、更新DDS寄存器及处理反馈等任务。同时，内部的DDS模块需要具备高效的计算能力来满足高速信号生成的需求。 本项目涵盖的知识点有： 1. FPGA设计基础：理解其结构和编程原理并掌握VHDL或Verilog语言。 2. DDS技术知识：了解工作原理，并实现相应算法。 3. MATLAB编程技能：使用该软件进行算法的设计与仿真测试。 4. VB编程能力：熟悉基本语法及控件，实现实时串口通信功能。 5. 串行通讯协议理解以及相关参数配置和数据交换的实施。 6. 数字信号处理理论知识如正弦波生成、频率合成等。 通过该项目可以提高对FPGA、DDS技术与串口通信的理解，并锻炼软件硬件协同开发能力。