版权说明:本文档由用户提供并上传,收益归属内容提供方,若内容存在侵权,请进行举报或认领
文档简介
1、数字逻辑系统课程设计报告设计题目: 直接数字频率器DDS设计 班 级: 1211 姓 名: 学 号: 35 日 期: 2014.12.82014.12.12 目 录1. 设计任务与要求11.1 设计任务11.2 设计要求12. 整体电路工作原理13. 模块设计过程与仿真34. 整体设计与分析105. 下载与调试126. 结论与心得157. 参考文献15设计任务与要求设计任务直接数字频率综合技术,即DDS技术,是一种新型的频率合成技术和信号产生方法。利用EDA技术和FPGA实现直接数字频率合成器DDS的设计。设计要求掌握直接数字频率合成器的原理;掌握直接数字频率合成器的设计方法;学习嵌入式逻辑分
2、析仪SignalTab II的使用方法;通过实验箱上的开关输入DDS的频率控制字,并能用示波器观察加以验证;DDS中的波形存储器模块用Altera公司的Cyclone系列FPGA芯片中的ROM实现。整体电路工作原理一个数字频率合成器由相位累加器、加法器、波形存储ROM、D/A转换器、低通滤波器(LPF)构成。DDS原理框图如图2-1所示。图 2-1 DDS原理框图其中,F为频率控制字,控制输出波形频率;N为相位取值精度,即将一个周期的波形分为2N个点,每个点对应相应的波形数据和相位,相位步进为(2)/2N;P为相位控制字,控制输出波形相位;W为波形控制字,控制输出波形是正弦波还是方波等;S(N
3、)为存储器ROM的地址线宽,即ROM内一共有2S(N)个储存单元用于存储几种波形各一个周期的波形数据,如果只存储一种波形数据,则存储单元数2S(N)=2N,如果存储两种波形数据,则2S(N)=2×2N,即每种波形需要2N个存储单元,与相位取值精度N将一个周期的波形分为2N个点对应起来;ROM内每个单元存储波形数据的宽度为M。频率控制字F和相位累加器。在系统时钟clk控制下,ROM存储的波形数据将不断被读取。假设系统时钟频率是fc,则读完一个周期的波形数据需要的时间T=(1/fc)×2N,即输出波形频率f0=1/T=fc2N。频率控制字F又称为相位增量。它的含义是每次读数时,
4、将上一次ROM的地址增加F,即每隔F个点读取一次,如图2-2所示,这时相位增加F×(2/2N)。因为读完一个周期(即一个圆周)的波形数据,要比每隔一个点读取一次快F倍,所以通过频率控制字F后输出波形的频率变为f0=F×(fc/2N)。当F=1时,DDS输出最低频率fc2N;而DDS的最大输出频率是fc/2,即F=2N-1,由Nyquist采样定理决定。只要N足够大,DDS就可以得到很细的频率间隔,即足够精度的频率分辨率fc/2N。当然在F越大,取样点越少,频率越高的同时,波形越粗糙。图 2-2 相位累加器输出相位控制字P和加法器。把相位累加器的输出与相位控制字P相加,相当于
5、将需要取值的地址向后移动P个,则波形相位变化P×(2/2N)。波形控制字W和加法器。在波形存储器ROM中的波形数据是分块存储的。当波形控制字W改变时,波形存储器的地址输入为改变相位后的地址输出加上波形控制字W(不同波形存储的地址)。如果相位精度N=8,则每种波形需要256个存储空间,两种波形需要512个存储空间。设计者可以将正弦信号存储在0255这256个存储空间中,而将方波信号存储在256511这256个空间中。那么可以设置控制信号WCTL,当WCTL=1时,W=0,指向正弦信号;当WCTL=0时,W=256,指向方波信号。D/A转换器。D/A转换器的作用是把从ROM中取出的波形数
6、据转换为模拟量。D/A转换也有一定的精度要求。LPF。D/A输出的波形为阶梯型,除了主频外,还存在非谐波分量,需要通过低通滤波器(LPF)取出主频,得到光滑的波形。模块设计过程与仿真频率控制模块,如图3-1所示。该模块通过拨挡开关产生不同的频率控制字F,以便得到不同的输出频率的波形。图 3-1频率控制模块FCT1.VHD源程序:LIBRARY IEEE;USE IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;USE IEEE.STD_LOGIC_UNSIGNED.ALL;ENTITY FCT1 ISPORT(CLK : IN STD_LOGIC;-系统时钟CLK,频率fc=1.5MHzDIN
7、: IN STD_LOGIC_VECTOR(3 DOWNTO 0);-4位拨挡开关ADD : OUT STD_LOGIC_VECTOR(7 DOWNTO 0);-256个波形点对应数据END;ARCHITECTURE ONE OF FCT1 ISSIGNAL A : STD_LOGIC_VECTOR(7 DOWNTO 0);SIGNAL F : INTEGER RANGE 0 TO 8;-频率控制符BEGINP0:PROCESS(CLK)BEGINIF RISING_EDGE(CLK) THENA<=A+F;END IF;END PROCESS P0;P1:PROCESS(DIN)BEG
8、INCASE DIN ISWHEN "1110"=>F<=2;WHEN "1101"=>F<=4;WHEN "1011"=>F<=6;WHEN "0111"=>F<=8;WHEN OTHERS=>F<=1;END CASE;END PROCESS P1;ADD<=A;END ONE;波形仿真,如图3-1.1所示。图 3-1.1 频率控制字波形仿真波形控制模块,如图3-2.1所示。该模块用来控制输出波形是方波还是正弦波。图 3-2.1波形控制模块WCT
9、1.VHD源程序:LIBRARY IEEE;USE IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;USE IEEE.STD_LOGIC_UNSIGNED.ALL;ENTITY WCT1 ISPORT(A_IN : IN STD_LOGIC_VECTOR(7 DOWNTO 0);WIDTH : IN STD_LOGIC;A_OUT : OUT STD_LOGIC_VECTOR(8 DOWNTO 0);END;ARCHITECTURE ONE OF WCT1 ISSIGNAL W : INTEGER RANGE 0 TO 256;-波形选择BEGINPROCESS(WIDTH)BEGINIF W
10、IDTH='1' THEN W<=0;ELSEW<=256;END IF;END PROCESS;A_OUT<='0'&A_IN+W;END ONE;波形仿真,如图3-2.2所示。图 3-2.2 波形控制字波形仿真波形数据存储模块,如图3-3.1所示。该模块是用来存储正弦波和方波的数据。图 3-3.1 波形数据存储模块配置波形数据文件。FileNewMemory FileHexadecimal Intel Formal File。设置512个存储空间,8位Word Size,具体数据如图3-3.2所示。波形数据可有MATLAB/DSP
11、Builder或者C语言编程生成,以正弦信号为例,其计算公式如下:上式中,i表示第i个点,2N表示一个周期内的取样个数,本实验是256;M代表数据位宽,本实验是8,即数据值最大是255。图 3-3.2 波形配置文件具体配置数据添加的IPM_ROM宏模块。设置512个存储空间,8位数据输出,添加3-3.2的数据文件。数模转换模块,如图3-4.1所示。该模块是把IPM_ROM中输出的波形数据转换为模拟量。图 3-4.1 数模转换模块DAC.VHD源程序:LIBRARY IEEE;USE IEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;USE IEEE.STD_LOGIC_ARITH.ALL;USE
12、 IEEE.STD_LOGIC_UNSIGNED.ALL;ENTITY DAC ISPORT(DAC_CLK : IN STD_LOGIC;CHAN_SEL : IN STD_LOGIC_VECTOR(1 DOWNTO 0);RNG : IN STD_LOGIC;DATA_IN : IN STD_LOGIC_VECTOR(7 DOWNTO 0);DA_CLK : OUT STD_LOGIC;DA_LDAC,DA_LOAD,DA_DATA : OUT STD_LOGIC);END;ARCHITECTURE ONE OF DAC ISSIGNAL CNT_LOAD : STD_LOGIC_VECT
13、OR(2 DOWNTO 0);SIGNAL CNT_DA_CLK : STD_LOGIC_VECTOR(3 DOWNTO 0);SIGNAL DATA_REG : STD_LOGIC_VECTOR(11 DOWNTO 0);SIGNAL DA_CLK_R,DA_LOAD_R : STD_LOGIC;TYPE STATES IS(ST0,ST1,ST2,ST3);SIGNAL C_STATE,N_STATE : STATES;BEGINDA_CLK<=DA_CLK_R;DA_LOAD<=DA_LOAD_R;DA_DATA<=DATA_REG(11);DA_LDAC<=
14、39;0'PROCESS(DAC_CLK)BEGINIF RISING_EDGE(DAC_CLK) THENC_STATE<=N_STATE;END IF;END PROCESS;PROCESS(DAC_CLK,DA_LOAD_R)BEGINIF DA_LOAD_R='1' THENCNT_LOAD<="000"ELSIF FALLING_EDGE(DAC_CLK) THENIF CNT_LOAD<"111" THENCNT_LOAD<=CNT_LOAD+1;ELSECNT_LOAD<=CNT_LOA
15、D;END IF;END IF;END PROCESS;PROCESS(DA_LOAD_R,DA_CLK_R)BEGINIF DA_LOAD_R='0' THENCNT_DA_CLK<="0000"DATA_REG<='0'&CHAN_SEL&RNG&DATA_IN;ELSIF RISING_EDGE(DA_CLK_R) THENCNT_DA_CLK<=CNT_DA_CLK+1;DATA_REG<=DATA_REG(10 DOWNTO 0)&'0'END IF;END P
16、ROCESS;PROCESS(C_STATE,N_STATE)BEGINCASE C_STATE ISWHEN ST0=>DA_LOAD_R<='1'DA_CLK_R<='0'N_STATE<=ST1;WHEN ST1=>DA_LOAD_R<='0'DA_CLK_R<='0'IF CNT_LOAD>"101" THENN_STATE<=ST2;ELSEN_STATE<=ST1;END IF; WHEN ST2=>DA_LOAD_R<=
17、9;1'DA_CLK_R<='0'IF CNT_DA_CLK>="1011" THENN_STATE<=ST0;ELSEN_STATE<=ST3;END IF; WHEN ST3=>DA_LOAD_R<='1'DA_CLK_R<='1'N_STATE<=ST2;WHEN OTHERS=>N_STATE<=ST0;END CASE;END PROCESS;END ONE;波形仿真,如图3-4.2所示。图 3-4.2 数模转换波形仿真整体设计与分析顶层原理图,如图
18、4-1所示。图 4-1 顶层原理图整体设计仿真与分析当波形控制WCTL=1(WDITH=1)和频率控制字F=1(SW3.0=”1111”)时,所仿真得到的数据,如图4-2.1、4-2.2、4-2.3、4-2.4所示,并且与理论正弦波形数据一致。图 4-2.1 正弦波数据图 4-2.2 正弦波数据图 4-2.3 正弦波数据图 4-2.4 正弦波数据当波形控制WCTL=1(WDITH=0)和频率控制字F=1(SW3.0=”1111”)时,所仿真得到的数据,如图4-2.5所示,并且与理论方波波形数据一致。图 4-2.5 方波波数据引脚配置,如图4-3所示。图 4-3 引脚配置整体设计过程及遇到问题的
19、解决方法。直接复制的程序在编译时出错:删除并重新编译错误的程序;程序在编译的时候出现错误:在错误显示栏分别找出对应的错误点,然后分析修改,再次编译看结果。另外可以参考资料相互比较在修改程序。在电路图绘制的时候,要注意总线要对应,不然编译会出错。此外,引脚设置要相对应。下载与调试下载步骤打开配置好的DDSS.stp文件,如图5-1所示,启动全程编译。图 5-1 DDSS.stp文件界面使用下载线,连接计算机USB和实验箱JTAG下载口(注意插口方向),打开实验箱电源。启动下载界面,确认已选中下载线。完成下载界面的设置,启动下载。下载完成后,将实验箱与示波器连接好,通过实验箱上的拨档开关SW1可以改变输出波形,SW2SW5可以改变波形输出频率。观察电脑上的嵌入式逻辑分析仪和示波器的现象,记录数据并分析结果。测试结果与分析嵌入式逻辑分析仪观察到的波形,如图5-2.15-2.5所示。通过改变实验箱上拨档开关SW1(WIDTH=1,正弦波;WIDTH=0,方波)可以改变波形,拨档开关SW2SW5(F=1,2,4,6,8)可以改变波形输出频率。图 5-2.1 SW=
温馨提示
- 1. 本站所有资源如无特殊说明,都需要本地电脑安装OFFICE2007和PDF阅读器。图纸软件为CAD,CAXA,PROE,UG,SolidWorks等.压缩文件请下载最新的WinRAR软件解压。
- 2. 本站的文档不包含任何第三方提供的附件图纸等,如果需要附件,请联系上传者。文件的所有权益归上传用户所有。
- 3. 本站RAR压缩包中若带图纸,网页内容里面会有图纸预览,若没有图纸预览就没有图纸。
- 4. 未经权益所有人同意不得将文件中的内容挪作商业或盈利用途。
- 5. 人人文库网仅提供信息存储空间,仅对用户上传内容的表现方式做保护处理,对用户上传分享的文档内容本身不做任何修改或编辑,并不能对任何下载内容负责。
- 6. 下载文件中如有侵权或不适当内容,请与我们联系,我们立即纠正。
- 7. 本站不保证下载资源的准确性、安全性和完整性, 同时也不承担用户因使用这些下载资源对自己和他人造成任何形式的伤害或损失。
最新文档
- 二零二五年度餐饮业食品添加剂使用规范协议书模板3篇
- 二零二五年饭馆员工劳动合同与员工福利配套协议3篇
- 二零二五年钣金喷涂维修产业数字化转型承包协议2篇
- 2024版权质押合同质权实现及债务清偿
- 2024年物业管理公司关于小区保洁服务合同
- 二零二五年度智慧城市建设项目宣传推广服务合同3篇
- 2024版电动伸缩门销售协议3篇
- 2024年股权投资合同范本:投资金额与股权比例
- 2025年度新能源汽车充电桩建设合作协议范本3篇
- 二零二五年度环保设备模具定制合同范本3篇
- 奶茶督导述职报告
- 山东莱阳核电项目一期工程水土保持方案
- 白熊效应(修订版)
- 小学数学知识结构化教学
- 视频监控维保项目投标方案(技术标)
- 社会组织能力建设培训
- 立项报告盖章要求
- 2022年睾丸肿瘤诊断治疗指南
- 被执行人给法院执行局写申请范本
- 主变压器试验报告模板
- 安全防护通道施工方案
评论
0/150
提交评论