综合课程设计课题

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1、综合课程设计课题——DDS直接数字合成信号源技术指标要求l产生信号类型：正弦波、方波、三角波。l输出信号频率范围：1Hz～20KHz步进1Hz频率偏移小于5％l输出信号幅度范围：0.1V～5V，步进0.1V，幅度误差小于10％。工作要求l硬件部分要求用MCU和FPGA来实现l软件部分FPGA要求用原理图或VHDL设计实现MCU要求用C51实现。l设计时要充分考虑系统的可兼容性及可扩展性。DDS系统概述DDS技术一般都是以数字控制振荡器NCO（NumericallyControlledOscillator）为核心，来产生频率可调的sin正弦波的波形的数字量表示的幅值。这些数字量表示的波

2、形幅值再通过一个DAC（Digital-AnalogConverter），得到正弦波的模拟量波形。它是在时域中进行频率合成，从而能够对输出频率进行快速而且精确的控制，并且这种控制全部都是数字控制，因此可以提供非常高的频率精度。DDS工作原理奈奎斯特抽样定理：任意一个频率带宽为F的连续信号f(t),d都可以用一系列离散取样值f(t),f(t+T),f(t+2T)…..f(t+nT)来表示。只要取样点的时间间隔T小于1/2F，表示就是完整的，包含了连续信号f(t)的全部信息DDS工作原理相位取样地址离散相位的幅度序列dRc量化的正bO弦波幅值aMDDS工作原理对于一个连续的正弦波信号，其

3、角频率ω可以用相位斜率Δφ/Δt表示。当角频率ω为定值时，其相位斜率Δφ/Δt也是一个确定值。此时，正弦波信号的相位与时间成线性关系，即φ＝tDDS工作原理参考时钟LUT相位或幅度DAC平滑累加器调整字转换算法设定输出频率…累加相位值输出波形查找表地址幅值相位累加器在标准频率参考源地控制下（频率控制字K决定了相应的相位增量），相位累加器则不断地对该相位增量进行线性累加，当相位累加器积满量时就会产生一次溢出，从而完成一个周期性的动作，这个动作周期即是DDS合成信号的一个频率周期。N位加法器N位相位寄存器频率控制字输出序列参数选择原理DDS技术在本质上，是实现了一个数字分频器的功能，它的

4、频率精度是由相位累加器或者是频率控制字M的比特数决定的，即输入的参考频率除以2M就决定了DDS所能够实现的频率精度。输出信号波形的频率及频率分辨率可以表示如下：f=Mf/2Noutcf=f/2Nmincfout为输出信号频率；fmin为输出信号分辨率；M为频率控制字；N为相位累加器字长；fc为标准参考频率源工作频率结论lDDS输出信号的频率主要取决于频率控制字Ml相位累加器字长N决定DDS的频率分辨率l当M增大时，fout可以不断地提高，但根据采样定理，最高输出频率不得大于fc/2l工作输出频率达40％fc时，输出波形的相位抖动就很大l实际工作时输出频率小于fc/3较为合适。设计方案

5、一采用专用波形发生器ICL8038和数字电位器ICL8038是一种单片多种信号发生器，它内部的自激振荡器发生方波和三角波，波形变换电路把三角波转换成正弦波，改变振荡器的占空比，从而把方波转变为脉冲波，三角波转变为锯齿波。其中测频电路测出ICL8038的输出频率，控制数字电位器，从而改变ICL8038的参考电压，控制输出频率值直到与输入频率相等。此方案采用了专用波形发生电路，三角波的非线性度不大于0.1％，正弦波的失真度小于1％，工作频率可为0.001Hz～300KHz，可以满足频率范围的要求，但是步长1Hz要求要求数字电位器有足够的抽头，而且不能编辑生成三种波形的线性组合。故不适宜采

6、用此种方案。设计方案二采用传统的直接频率合成技术这种方案能实现快速频率变换，具有低相位噪声以及所有方案中最高的工作频率。但由于采用大量的倍分频、混频和滤波环节，导致其结构复杂、体积庞大、成本高，且容易产生过多的杂散分量。故此方案也不适于在本次设计中采用。设计方案三用单片机实现的DDFS直接数字频率合成利用单片机实现逻辑控制和累加器，用存储器存储波形的量化数据，单片机按照不同频率要求以频率控制字的步进对相位增量进行累加，以累加值作为地址码去读取存储器相应地址单元里的量化数据，经D/A转换和幅值控制，再通过低通滤波器可得所需波形。此方案系统简单，但受单片机运算速度的影响，频率无法做高，同

7、时易受干扰设计方案四用FPGA实现的DDFS直接数字频率合成利用可编程逻辑器件FPGA实现复杂的逻辑控制，用存储器存储波形的量化数据，FPGA按照不同频率要求以频率控制字的步进对相位增量进行累加，以累加值作为地址码去读取存储器相应地址单元里的量化数据，经D/A转换和幅值控制，再通过低通滤波器可得所需波形。系统原理框图单片机显示单元键盘输入89C51FPGAFLEX10K10输出7528波形存储A通道波形输出低通滤波RAM62256B通道幅度控制键盘控制单元