现代频率合成技术课程设计—基于matlab的dds设计与仿真

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1、基于MATLAB的DDS设计与仿真摘要：利用matlab仿真工具建立数字频率合成器DDS的仿真模型，便于我们直截了当地了解DDS的工作原理和各部分模块的功能，而且便于我们分析DDS的工作性能和各种参数指标。1.实验背景随着技术和器件水平的提高，称之为直接数字式频率合成器（DDS）新的频率合成技术得到飞速的发展。DDS在相对带宽﹑频率转换时间﹑相位连续性﹑正交输出﹑高分辨力以及集成化等一系列指标方面，已远远超过了传统的频率合成器所达到的水平，完成了频率合成技术的又一次飞跃。DDS与传统的DS和IS一起构成了现代频率合成技术体系

2、，将频率合成技术推向了一个新的阶段。2.DDS的原理：数字频率合成是从相位概念出发直接合成所需波形的一种新技术，它采用一个恒定的输入参数时钟，通过数据处理的方式产生频率﹑相位可调的输出信号。DDS系统由相位累加器﹑波形ROM﹑D/A转换器和低通滤波器构成。它具有频率分辨率高﹑频率切换时相位连续等优点。DDS是继直接合成技术和锁相环式频率合成技术之后的第三代频率合成技术。他的工作原理是基于相位与幅度的对应关系，通过改变频率控制字（K）来改变相位累加器（位数为N）的相位累加速度，然后在固定时钟的控制下取样，取样得到的相位值（去取

3、相位累加器的高M位）通过相位幅度转换得到与相位值对应的幅度序列，幅度序列通过数模转换及低通滤波得到正弦波输出。下图为DDS的原理图。图1DDS原理框图其中，K为频率控制字，fc为基准时钟频率，N为相位累加器的字长，D为ROM数据位及D/A转换器的字长。相位累加器在基准时钟fc的控制字下以步长K做累加，把相加后的结果送至相位累加器的输入，相位累加器一方面在上一时钟周期作用后产生的新的想位数据反馈到自身的输入端，在下一个时钟的作用下继续与频率控制数据K相加，另一方面将这个值作为取样地址输出，送入正弦查找表ROM，作为波形ROM的

4、地址，对波形ROM进行寻址。波形ROM输出D位的幅度码S(n)经D/A转换器变成阶梯波S(t)，再经过低通滤波器平滑后就可以得到合成的信号波形。合成的信号波形取决于波形ROM中存放的幅度码，因此用DDS可以产生任意波形。（1）频率预置与调节K被称之为频率控制字，也叫相位增量。DDS方程为f0=fcK/2N,f0为输出频率，fc为时钟频率，当K=1时，DDS输出最低频率（也即频率分辨率）为fc/2N，而DDS的最大输出频率由Nyquist采样定理决定，即fc/2，也就是说K的最大值为2N-1。因此只要N足够大，DDS可以得到很

5、细的频率间隔。要改变DDS的输出频率，只要改变频率控制字K即可。（2）累加器图2累加器框图相位累加器由N位加法器和N位寄存器级联构成，来一个时钟脉冲fc，加法器将控制字K与寄存器输出的累加相位相加，再将相加后的结果送入寄存器的数据输入端。寄存器将加法器在上一个时钟作用后产生的相位数据反馈到加法器的输入端，使加法器在下一个时钟作用下继续与频率控制字进行相加。这样，相位累加器在时钟的作用下进行相位累加。当相位累加器加满时产生一次溢出，完成一个周期性的动作。（1）波形存储器用累加器输出的数据作为波形存储器的取样地址，进行波形的相位

6、—幅值转化，即可在给定的时间上确定波形的抽样幅值。N位的寻址ROM相当于把0o~360o的正弦信号离散成具有2N个样本值的序列，若波形ROM有D位数据，则2N个样值的幅值以D为二进制数值固化在ROM中，按照地址的不同可以输出相应正弦信号的幅值。相位—幅度变化原理图如下所示：图3相位—幅度变化原理图（2）D/A转换器D/A转换器的作用是把合成的正弦波数字量转换为模拟量。正弦幅度量化序列S（n）经过D/A转换后变成了包络为正弦的阶梯波S（t）。需要注意的是频率合器对D/A转换器的分辨率有一定要求，D/A转换器的分辨率越高，合成的

7、正弦波S(t)台阶数就越多，输出波形的精度也就越高。（3）低通滤波器对D/A输出阶梯波S（t）进行频谱分析，可知S（t）中除主频fo外，还存在分布在fc，2fc……两边±fo处的非谐波分量，幅值包络为辛格函数。因此为了去除主频fo，必须在D/A转化器的输出端接入截止频率为fc/2的低通滤波器。一、DDS性能DDS的频率合成原理及实现技术与传统的直接合成DS的锁相合成完全不同，在性能上也很独特。1.相对宽度当频率控制字K=1时，最低输出频率为fomax=fc/M，式中M=2N，当累加器字长N很大时，最低输出频率达Hz，mHz量

8、级都是不困难的，可认为DDS的最低合成频率接近于零频。DDS的最高输出频率受限于时钟频率fc和采样定理，fomax=fc/2。在实际应用中，考虑到输出滤波器的非理想特性，一般采用fomax=fc×40%。这样的DDS的相对带宽为fomaxfomin=M×40%=2N×40%1.频率分辨率D