DDS设计试验报告

1、DDS设计实验报告实验名称：直接数字频率合成器指导老师：花汉兵，姜萍姓名：陈维兵学号：114108000808院系：能源与动力工程学院目录目录1摘要2正文1、 设计内容3.2、 设计原理3.3、 设计要求5.4、 设计思路以及部分电路图6.5、 实验感想1.6六、参考书目.16摘要本文介绍的是数字频率合成器(DDS)的设计以及其附加功能的拓展，附加功能有双通道显示、多波形显示、输出频率测量，另外，本文还介绍了一些在原有数字频率合成器的基础上做一些改进的想法和思路，虽然有的想法并没有实施，但是，作为一种参考也未尝不可。希望本文对读者有所帮助。关键字：数字频率合成，附加功能，改进想法Abstrac

2、tThepageintroducesthedesignoftheDirectDigitalFrequencySynthesizer,whichshortsforDDS,andothernewmoreadditionsofit,theadditionsincludesdouble-rowsvision,wave-patternsvision,measuringoftheoutputfrequency,what'msore,thispageintroducesmanymorethoughtsofimprovingthesystemwhichhasbeenmade,eventhoughthe

3、thoughtshavenotbeenapplied,stilltheyaregoodreferencesforweandyou.Wishingithelpfultoyou.Keywords:DDS，additionofthesystem，improvingthoughts设计内容设计一个频率及相位均可控制的具有正弦和余弦输出的直接数字频率合成器(DirectDigitalFrequencySynthesizer简称DDFS或DDS)。:、设计原理(1)、概念直接数字频率合成器(DirectDigitalFrequencySynthesizer)是种基于全数字技术，从相位概念出发直接合成所需波

4、形的一种频率合成技术。(2)、DDS的组成及工作原理频率预置与Kv-N位-JL波形S(n>D/As(U低通调节电路?存皤器D位转换器濡波热h频率预置与调节电路作用：实现频率控制量的输入;不变量K被称为相位增量，也叫频率控制字相位量化序列可位累加器频率控制字加法器一心位-寄存器N位X-相位累加器的组成二N位加法器+N位寄存器相位累加器的作用：在时钟的作用下，进行相位累加注意：当相位累加器累加满量时就会产生一次溢出，完成一个周期性的动作。DDS的输出频率为：fo=fcK/2NDDS输出的最低频率：K=1时，fc/2NDDS输出的最高频率：Nyquist采样定理决定，即f/2,K的最大值为2N

5、-1结论：只要N足够大，DDS可以得到很细的频率间隔。要改变DDS的输出频率，只要改变频率控制字K即可。D/A转换器D/A转换器的作用：把已经合成的正弦波的数字量转换成模拟量。ISin(t)+低通滤波器D/A转换器的作用：滤除生成的阶梯形正弦波中的高频成分，将其变成光滑的正弦波。Sin(t)Sin (t)频率和相位均可控制的具有正弦和余弦输出的DDS核心单元电路示意图如下图所示余ERO?相位累加君加法署 asaiTi12位循位寄存N4位相应控制学P正弦R0.亲弦歧而话输出至WA (1)基难时钟fu壬茏迫皿为数值给比至WA(2)三、设计要求(1)、基本要求1利用Quartusll软件和Smart

6、SOPC实验箱实现DDS的设计；2、DDS中的波形存储器模块用Altera公司的Cyclone系列FPGA芯片中的RAM实现，RAM结构配置成212X10类型；3、具体参数要求：频率控制字K取4位；基准频率fc=1MHz,由实验板上的系统时钟分频得到；4、系统具有使能功能；5、利用实验箱上的D/A转换器件将ROM输出的数字信号转换为模拟信号，能够通过示波器观察到正弦波形；6、通过开关(实验箱上的Ki)输入DDS的频率和相位控制字，并能用示波器观察加以验证；(2)、部分提高要求1、通过按键(实验箱上的S)输入DDS的频率和相位控制字，以扩大频率控制和相位控制的范围；(注意：按键后有消颤电路)2、

7、能够同时输出正余弦两路正交信号；3、在数码管上显示生成的波形频率;4、充分考虑ROM结构及正弦函数的特点，进行合理的配置，提高计算精5、设计能输出多种波形(三角波、锯齿波、方波等)的多功能波形发生器;6、基于DDS的AM调制器的设计；7、自己添加其他功能。四、设计思路以及部分电路图(1)总体电路图波形仿真图(2)基准时钟频率的提供我的目的是利用分频器将电源给出的48MHz频率分成800KHz的基准时钟输入，这就需要有60分频的分频器，60=2*2*3*5,所以51D.0 tl&530 01 rts57D. 0D zI550.D uI可以由两个2分频器、一个3分频器、一个5分频器级联而成

8、。Vd-LLI 赵 K7O.国D ps*0CLK3ftn5分频电路:fiSEd-.：1 坚二二aLiTHT j 乐 nName(J PS1X0CLK110Sfeii!B 0190.0 nsn510. 0 RE530.0 ns550 0 皿STO.p DE590. tLrLrnrn(3)加法器电路改变频率控制字K3、K2、K1、K0,则会使得显示波形的频率发生改变，由输出频率公式fo=fcK/2N得，相位控制字K越大，则输出频率即波形频率会越大，这里我们需要四个开关分别作为输入，在改进的办法里，我们可以用一个四位二进制加法器作为输入，这样开关数可以由四个减少为一个，另外由此进行推广，可以设计出更

9、高的输出频率，只需要改变加法器的个数即可，如I-11-1-'-:10,所以可以用两个十进制加法器设计出一个可以得到一百种输出频率的输出波形S11.O是输入的频率控制字经过累加器后的输出，相位寄存器的输出与相位控制字相加则形成了相位控制，并且相位寄存器的输出也得作为累加器的另一个输入，才能形成频率控制(5)相位控制字利用一个加法器的计数保持功能可以实现仅由一个开关控制四位相位控制字，控制开关置为0时，相位控制字保持，相位不变；当控制开关置1时，加法器开始计数，从00001111,相位也从015tt71一直变化到，平均每计数一次变化1-，计数满一个周期以后又开始重复以上步骤，计数频率为1H

10、z，由48MHz分频得到。(6) ROM的制作利用VC程序生成可执行文件，并用其生成mif格式的文件。Sin.mif制作程序如下：#include”stdafx.h”#include”math.h”Intmain(intargc,char*argv)inti;doubles;for(i=0;i<4096;i+)s=sin(atan(1)*8*i/4096);printf(“d:%X;,i,(int)(s+1)*1023/2)return0;后用Dos命令生成mif文件DEPTH=4096;WIDTH=10;ADDRESS_RADIX=HEX;DATA_RADIX=HEX;CONTENTB

11、EGIN0:1ff;1:200;2:201;3:201;4:202;5:203;6:204;7:204;8:205;9:206;a:207;b:208;c:208;d:209;e:20a;f:20b;10:20c;11:20c;12:20d;13:20e;14:20f;15:20f;16:210;17:211;18:212;19:213;1a:213;1b:214;1c:215;1d:216;1e:217;1f:217;20:218;进而有ROM如下:Ipmoirdaddress11.01H>cbckq9-onin(7)附加之测频显示测频显示原理图测频原理波形图a，测频电路如卜.:Tms

12、:F-碍匕dJJK-laaJM1BHIMb、译码电路如下n:c、显示电路:(8)双通道显示(正弦与余弦)n原理：只利用sin一种ROM,余弦可以看成正弦相移二得到的所以使用两个sinROM可以实现双通道显示软件仿真波形:双通道显示波形(9)多波形显示(正弦、余弦、方波、三角波)原理：利用一个集成的ROM,将原先的多个ROM集成在里面，通过开关进行选择，每次选择一个ROM,这个集成的ROM取代上面双通道的余弦显示，每次都会显示正弦与一个其他波形lpm_muxOdata3x9.0result9 .0data2x9.0data1x9,0data0x9.,0instl3LpelU.O其中，sel1.0

13、为ROM选择控制字，可以由两个外接开关控制fii 195.313HII1A m i方波与正弦波i T. b iiruii三角波与正弦波正弦波与余弦波(10)精度的提高同精度的波提高系统的精度一方面可以理解成用更少的数据采样点获得相形显示，也可以理解成用同样的数据采样点获得精确度更高的波形显示，这里我们取前者。由正弦波的周期内的对称性可以知道，一半的波形可以由另一半的波形翻转平移得到，进而可以缩减到四分之一个周期，目前，我只做了半周期复原正弦波的精度提高这里用到的ROM为s2:s2address1O.Oq9-0一In五、实验感想虽然实验并不算很成功，但是我从中学到了很多，并且也思考了很多，比如说在思考如何提高精度的时候，我由正弦与余弦的波形图上发现只需要一定的相位偏移便可以构造出一个新的波形，于是我开71始尝试用半周期波形去还原完整周期波形：先翻转再相移一，我正一步步的接近属