dds信号源设计

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1、数字系统设计实践设计报告实验名称DDS信号源设计班级通信112学生姓名周焕强学号116040268指导教师应祥岳完成日期2013-04-10摘要DDS是DirectDigitalFrequencySynthesis的简称。DDS技术即是直接数字频率合成技术。属于第三代频率合成技术，它从”相位”的概念出发进行频率合成。电路系统具有很高的频率分辨率，可以实现频率快速切换，并且在改变时能够保持相位连续，很容易实现频率、相位和幅度的数控调制。利用DDS的这些优点，本实验要用FPGA+DAC，设计一个DDS信号发生器。本程序将会输入一个频率控

2、制字，然后传送给相位累加器，输出高8位给正弦查询表，将存于数表中的数字波形,经D/A转换器和滤波，形成模拟量波形。频率控制字和输出频率将会经过乘法器和除法器由十六进制转换成十进制，显示在数码管上。关键词：DDS、信号发生器、相位累加、频率目录一、设计任务1二、设计要求1三、系统方案13.1频率控制字输入模块的论证与选择13.2rom模块的论证与选择13.3相位累加器模块的论证与选择23.4相位寄存器模块的论证与选择23.5频率控制字M转码输出模块的论证与选择23.6输出频率转化输出模块的论证与选择33.7输出选择模块的论证与选择3四

3、、系统理论分析与计算34.1理论分析34.2理论计算4五、电路与程序设计45.1电路的设计45.1.1DDS信号源顶层图形设计45.1.2系统电路原理图55.2程序的设计55.2.1频率控制字输入模块的vhdl设计65.2.2相位累加器模块的vhdl设计75.2.3输出选择模块的vhdl设计8六、测试方案与测试结果96.1测试方案96.1.1软件测试96.1.2硬件测试96.2测试结果与分析106.2.1.测试结果106.2.2.测试分析与结论12一、设计任务利用FPGA+DAC，设计一个DDS信号发生器。二、设计要求1.分辨率优于

4、1Hz2.ROM表长度8位、位宽10位3.输出频率优于100kHz（每周期大于50个点）4.显示信号频率/频率控制字（可切换）5.直接输入频率控制字或输出频率三、系统方案3.1频率控制字输入模块的论证与选择方案一：输入三位二进制数进行选择，分别使m加1,10,100,1000,10000,100000。方案二：也是输入三位二进制数进行选择，控制m不同位的数加1，将20位的m分成5部分，每部分4位，最后再将5部分结合起来赋值给m。方案选择:两种方案复杂度其实差不多，都很直观，我们这里采用方案二。3.2Rom模块的论证与选择ROM模块的

5、核心是正弦查询表，它包含了一个周期正弦波的数字幅度信息，每个地址对应正弦波中范围的一个相位点。设计要求ROM表长度8位、位宽10位，即在正弦的一个周期（）中对波形采样256（）个点。已知正弦波在一个周期内存在正负两个半周，又由于DAC输出的时候只能输出正向的数据，所以我们需要在编码时进行如下的公式转换。公式：我们将公式导入Excel，a依次的取0~256，计算得到x的数值，如下表所示为本次设计中实际采用的ROM数据。查询表把输入的地址相位信息映射成正弦波幅度的数字量信号，驱动DAC，输出模拟量。我们已知在FPGA的芯片上的D/A的输

6、入为8位而输出有10位，符合的设计要求。3.3相位累加器模块的论证与选择DDS系统的核心是相位累加器，它由一个加法器和一个相位寄存器组成；每来一个时钟，相位寄存器以步长增加，相位寄存器的输出与频率控制字(M)相加，然后输入到正弦查询表地址上。3.4相位寄存器模块的论证与选择将累加器的高8位输入给相位寄存器，用来寻址Sin表，然后输出波形。3.5频率控制字M转码输出模块的论证与选择用5个除法器对m进行转码，m经过一个除法器之后，余数作为10进制数M的第一位，商输入第二个除法器，依次类推，总共用到5个除法器。3.6输出频率转化输出模块的

7、论证与选择方法相同，也是用5个除法器来实现10进制的输出。3.7输出选择模块的论证与选择方案一：用系统自带的数据选择器lpm_mux对输出进行选择方案二：自己编写一个数据选择的程序。方案选择:方案一稍微方便一些，但是方案二写程序也很简便，而且灵活性大，所以这里我采用方案二实现。四、系统理论分析与计算4.1理论分析为了更加容易控制输出频率的改变，可以采用相位累加器的方式，使输出的频率正比于时钟频率和相位增量之积。如下图所示为本次设计实际采用的设计图：图2.2DDS基本原理结构框图§工作过程:将存于数表中的数字波形,经D/A转换器和滤波

8、，形成模拟量波形.§改变输出信号的频率:§(1)改变查表寻址的时钟频率,改变输出波形的频率.(2)改变寻址的步长，改变输出信号的频率—DDS。步长即为对数字波形查表的相位增量.由累加器对相位增量进行累加，累加器的值作为查表地址.正弦波