DDS正弦波信号发生器的实现【文献综述】

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1、毕业论文文献综述电气工程及自动化DDS正弦波信号发生器的实现摘要：利用FPGA芯片及D/A转换器，采用直接数字频率合成技术，设计实现DDS正弦信号发生器，同时阐述了直接数字频率合成（DDS）技术的工作原理、电路结构，及设计的思路和实现方法。关键词：DDS；FPGA；正弦波信号发生器随着通信应用的扩展，直接数字频率合成(DDS)技术是从相位概念出发直接合成所需波形的一种新的频率合成技术，它在相对带宽、频率转换时间、相位连续性、正交输出、高分辨率及集成化等一系列性能指标方面已超过了传统频率合成技术，频率合成技

2、术是将一个（或多个）基准频率变换成另一个（或多个）合乎质量要求的所需频率的技术，在通信、雷达、导航、电子侦察、干扰与抗干扰等众多领域都有应用[1]。DDS技术是一种从相位概念出发直接合成所需要的波形的新的全数字频率合成技术，同传统的频率合成技术相比，它具有极高的频率分辨率、极快的变频速度，变频相位连续、相位噪声低，易于功能扩展和全数字化便于集成，容易实现对输出信号的多种调制等优点，满足了现代电子系统的许多要求，因此得到了迅速的发展。以正弦波信号发生器为例，利用DDS技术可以根据要求产生不同频率的正弦波，而

3、且可以控制其初始相位和幅度，同样也可以利用DDS技术产生任意的波形[2]、[3]。DDS原理图如图1所示。相位字输入频率字输入相位累加器ROM查找相位调制器基准时钟CLK输出LPFD/A图1DDS的结构原理DDS是一种全数字化的频率合成器，由相位累加器、波形ROM查找表、D／A转换器和低通滤波器LPF构成。时钟频率给定后，输出信号的频率取决于频率控制字，频率分辨率取决于累加器的位数，相位分辨率取决于ROM的地址线位数，幅度量化噪声取决于ROM数据位字长和D／A转换器的位数[4]、[5]。相位累加器是DDS

4、技术的系统的核心，它是由一个N位累加器和N个位寄存器组成的，主要是对频率控制字的2进制码进行累加运算，是典型的反馈电路。相位调节器主要用于信号的相位的调节。波形ROM查找表主要是存储波形抽样值，3D/A转换器就是将数字量波形幅值转换求频率的模拟量信号。低通滤波器就是将频率的模拟量信号转换成正弦波信号输出[6]、[7]。目前实现DDS的主要有三种实现方案：一，采用传统的硬件电路组合实现，可靠性差、系统庞大、灵活性小、线路复杂、调试安装都不方便，且扩展功能困难，不宜在短时间内完成。二，采用单片机为核心实现，单

5、片机处理速度使DDS的频率范围非常有限，加上单片机本身端口较少，对于一个外部频率选择键盘输入、ROM地址查表输出以及LED数码管显示的系统来说，端口资源变得非常紧张。三，采用FPGA作为控制器，利用其丰富的I/O资源，并行处理数据。具有高密度、高速度、多功能、低功耗、设计灵活方便、可无限次反复编程等特点，由FPGA完成信号的产生、频率控制、LED显示等，其优点在于系统结构紧凑，可以实现复杂的测量与控制[8]、[9]。本研究的课题主要根据方案三来设计，该方案的系统主要由健盘模块、LED显示模块、FPGA单元

6、控制模块、D／A转化模块和低通滤波器组成，以FPGA为主控制芯片，结合DDS直接数字频率合成技术产生正弦波信号[10]。键盘模块，主要是通过键盘电路改变频率控制字K，从而实现对正弦信号的频率、相位的初始化设置。为了节省FPGA的I／O端口，简化硬件线路，键盘电路采用4×4矩阵式健盘。键盘共设有14个键，其中包括4个功能健。按键0~9设置为输出频率，ENTER键为确定，用于对波形信号设置的确认，波形信号的设置必须“确定”后才有效，CLR键为清零，将频率数字快速全部清零，“↑”和“↓”键为增减信号频率。使用时

7、先通过“0～9”、“↑”、“↓”12个设置按键输入所需信号频率，再按下ENTER执行健，刷新频率控制字K，使输出信号频率发生变化。CLR键用于将原有的设定值清零[11]。LED显示模块，主要是完成频率控制字的显示，采用八位的由键盘输入的频率控制字，累计寻址，读取8位地址长度256点的一个周期波形的数字幅度信息，所以频率控制字控制着频率的大小，而恰好此时的频率控制字就是系统输出波形的频率，所以，LED显示的也是波形的频率。此模块主要的功能是将外部键盘的8位二进制数转换成三位BCD码。FPGA控制模块包括键盘

8、转换频率控制字、LED显示控制、相位累加器、ROM查询表的实现。键盘电路是一组按键开关的集合，FPGA扫描键盘电路的电平信号，在基准时钟控制下，通过FPGA中指定程序转化为频率控制字K输入到相位累加器，以得到相应相位数据，而相位累加器的相位频率就是DDS输出信号频率[12]。相位调制器接收相位累加器的相位输出，主要用于信号的相位调制，其输出的数据作为查找表的相位取样地址。这样就可把存储在波形ROM内的波形抽样值(--进制编码)