dds函数信号发生器的设计与实现-课程设计

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1、DDS函数信号发生器的设计与实现•课程设计DDS函数信号发生器的设计与实现一、主要功能要求：1、设计任务(1)正弦波、三角波、方波、锯齿波输出频率范围：1KHZ~1MHZ(2)具有频率设置功能，频率步骤：100HZ;(3)输出信号频率定度：优于10A4(4)输出电压幅度：在5K负载电阻上的电压峰一一峰值Vopp^lV;(5)失真度：用示波器观察使无明显失真。2、基本要求：(1)掌握采用FPGA硬件特性、及软件开发工具MAXPLUSII的使用。(2)掌握DDS函数信号发生器的原理，并采用VIIDL语言设计DDS内核单元。(3)掌握单片机与DDS单无连接框图原理，推导出频率控制字、相位控制字的算

2、法。(4)设计键盘输入电路和程序并调试。掌握键盘和显示(LCD1602)配合使用的方法和技巧。(5)掌握硬件和软件联合调试的方法。(6)完成系统硬件电路的设计和制作。(7)完成系统程序的设计。(8)完成整个系统的设计、调试和制作。(4)完成课程设计报告。3、捉高部分:(1)三角波、方波输出频率范围：1KHZ〜1MHZ;(2)产生二进制PSK、ASK信号：再50KHZ固定频率载波进行二进制键控，二进制基带序列码速率固定为10Kbps，二进制基带序列信号自行产生。(3)设计高速DA转换电路。4、发挥部分：(1)对数据频率进行倍频。二、整体设计框图及整机概述：1、DDS的实现原理：它建立在采样定理

3、的基础上，首先对需要产生的波形进行采样,将采样值数字化后存入存储器作为查找表,然后再通过查表将数据读出，经过D/A转换器转换成模拟量,把存入的波形重新合成出来.2、整体设计框图图一DDS函数信号发生器系统框图结构3、整机概述：整个DDS信号发生器由单片机子系统，DDS子系统，模拟子系统三部分组成。单片机子系统由单片机、人机接口组成，人机接口由液晶显示器和键盘组成，通过键盘选择信号波形和输入信号频率，液晶用来显示波的类型和波当前的频率值。DDS子系统由FPGA和高速D/A转换器组成，是DDS信号发生器的核心部分。DDS的一些功能模块由频率字寄存器，32位移位寄存器，32位累加器，32位存储器，

4、ROM波形查找表，数据选择器，DAC控制逻辑均由FPGA实现。模拟子系统由低通滤波器、放大电路组成。三、各硬件单元电路的设计、参数分析及原理说明1、DDS信号发生器设计正弦信号发生器，它的输出可以用下式来描述：①用基准时钟CLK进行抽样，令正弦信号的相位：在一个CLK周期Tclk，相位的变化量为：②(Tclk二1/fclk)为了进行数字量化，把切割成2N份，由此每个CLK周期的相位用量化值来表述:且③将②式代入③式得经变换后得信号发生器的输出可描述为：⑥其中指前一个elk周期的相位值，同样得出基本DDS结构的常用参量计算(1)DDS的输出频率fout。(2)DDS的频率分辨率(3)DDS的频

5、率输入字计算注意要取整，有时会有误差DDS由相位累加器、正弦查找表、D/A转换器和低通滤波器组成，其原理如图2所示。902DDS函数信号发生器的设计与实现图2DDS原理图图2中，fc为时钟频率,K为频率控制字,N为相位累加器的字长,m为ROM地址线位数,n为ROM数据线宽度(一・般也为D/A转换器的位数)，f0为输出频率。相位累加器由加法器和D触发器级联组成。在时钟脉冲fc的控制下,对输入频率控制字K进行累加，累加满量时产生溢出。相位累加器的输出对应于该时刻合成周期信号的相位，并且这个相位是周期性的，在0〜2兀范围内变化。相位累加器位数为N,最大输出为2N-1，对应于2兀的相位，累加一次就输

6、出一个相应的相位码,通过查表得到正弦信号的幅度,然后经D/A转换器转换为模拟信号,由低通滤波器滤除杂散波和谐波以后，输出一个频率为fO的正弦波。输出频率fO由fc和K共同决定岀频率控制字为K时，相位累加器的增量步长为K,经过2N/K次累加，相位累加器满量溢出,完成一个周期动作,输出频率fO与时钟频率fc之间的矢系满足fO二Kfc/2N，从而,DDS的最小频率分辨率△fmin可达△fmin二fO/2N。图3相位累加器位宽和采样点尖系3DDS的特点DDS具有以下特点：(1)频率分辨率高。DDS的频率分辨率在fc固定时，取决于相位累加器的位数N,只要N足够大,理论上就可以获得相应的分辨精度,这是传

7、统方法难以实现的。(2)频率变换速度快。在DDS中,一个频率的建立时间通常取决于滤波器的带宽。影响因素为相位累加器,ROM内的工艺结构,D/A转换器及其它信号处理过程中可能产生的时延。其中，信号处理的时延与时钟周期相矢。由于DDS中不要相位反馈控制，频率建立及切换快，与频率分辨率、频谱纯度相互独立，明显优于PPL。(1)DDS中相位改变是线性过程。数字相位累加器是优良的线性数字增值发生器。因此,DDS的相位误