DDS设计实验报告(DOC)

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

一、设计内容 (3)

二、设计原理 (3)

三、设计要求 (5)

四、设计思路以及部分电路图 (6)

五、实验感想 (16)

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

Abstract

The page introduces the design of the Direct Digital Frequency Synthesizer , which shorts for DDS , and other new more additions of it , the additions includes double-rows vision , wave-patterns vision , measuring of the output frequency , what’s more , this page introduces many more thoughts of improving the system which has been made ,even though the thoughts have not been applied , still they are good references for we and you .Wishing it helpful to you.

Keywords: DDS ，addition of the system ，improving thoughts

一、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（Direct Digital Frequency Synthesizer 简称DDFS或DDS）。

二、设计原理

（1）、概念

直接数字频率合成器（Direct Digital Frequency Synthesizer）是一种基于全数字技术，从相位概念出发直接合成所需波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。

累加器

相位累加器的组成= 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：f0=f C K/2N

DDS输出的最低频率：K=1时，f C/2N

DDS输出的最高频率：Nyquist采样定理决定，即f C/2，

K的最大值为2N-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。

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。

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：

三、设计要求

（1）、基本要求

1、利用QuartusII软件和SmartSOPC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212×10类型；

3、具体参数要求：频率控制字K取4位；基准频率f c=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 i）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、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，

提高计算精度；

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。

2分频电路：

3分频电路：

5分频电路：

（3）加法器电路

改变频率控制字K[3]、K[2]、K[1]、K[0]，则会使得显示波形的频率发生改变，由输出频率公式f0=f C K/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，可以设计出更高的输出频率，只需要改变加法器的个数即可，如，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。

（4）相位寄存器电路

S[11..0]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0000~1111，相位也从0

一直变化到，平均每计数一次变化，计数满一个周期以后又开始重复以上步骤,计数频率为1Hz，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”

Int main(int argc , char*argv[])

{ int i ;

double s ;

for(i=0 ;i<4096;i++)

{ s=sin(atan(1)*8*i/4096);

printf(“%d:%x;\n”,i,(int)((s+1)*1023/2))

}

return 0;

}

后用Dos命令生成mif文件

DEPTH=4096;

WIDTH=10;

ADDRESS_RADIX=HEX;

DATA_RADIX=HEX;

CONTENT

BEGIN

0:1ff;

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：

（7）附加之测频显示

测频显示原理图

测频原理波形图a、测频电路如下：

b、译码电路如下：

c、显示电路：

（8）双通道显示（正弦与余弦）

原理：只利用sin一种ROM，余弦可以看成正弦相移得到的，所以使用两个sin ROM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。

其中，sel[1..0]为ROM选择控制字，可以由两个外接开关控制。

方波与正弦波

三角波与正弦波

正弦波与余弦波

（10）精度的提高

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同精度的波形显示，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。

电路图：

这里用到的ROM为s2：

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

始尝试用半周期波形去还原完整周期波形：先翻转再相移，我正一步步的接近属于自己的答案，然而波形模拟出来的却是两个分散交错的半周期波形，翻转已经实现，然而相位却在不停的变化，于是我开始使用可以调节的相位控制（仿照前面的相位控制思想），这样，即使会有一定的相位误差，也可以通过相位控制字调出完整波形。六、参考书目

【1】《EDA设计实验指导书》南京理工大学电子技术中心2011年4月；

【2】《数字逻辑电路与系统设计》蒋立平主编电子工业出版社2007 ；

【3】《电子线路实践教程》王建新，姜萍编著科学出版社2003 。