基于单片机的DDS算法的实现
基于CPLD与单片机技术设计的DDS频率合成器电路
基于CPLD与单片机技术设计的DDS频率合成器电路【摘要】利用高集成度的CPLD器件和方便灵活的单片机控制电路设计的DDS频率合成器电路克服了传统频率合成技术的不足，具有高速频率切换、高频率稳定度、相位变化连续的优点，广泛应用于广播通信领域。
【关键词】DDS工作原理；系统设计与实现一、DDS的基本工作原理DDS的基本原理是通过定量采样，查表的方式产生波形。
实质为通过系统时钟（参考频率）进行对相位的间隔可控采样。
DDS电路由数控振荡器、数/模数转换器和低通滤波器3个部分构成。
其中数控振荡器由相位累加器和查询ROM构成，N位加法器和N位累加寄存器级联构成相位累加器。
相位累加器输出的数据被用作查询ROM（波形存储器）的相位取样地址，经查询表ROM（波形存储器）可得出波形抽样值，进行相位到幅度的转换，之后数模转换器将波形的数字量幅度转化为模拟量的频率。
低通滤波器滤除不需要的高次取样谐波分量，得到频谱纯净的波形信号。
DDS工作原理框图如图1所示：图1 DDS工作基本原理每个参考时钟周期fc到来后，控制字K在相位累加器内与N位累加寄存器的参考频率相位相加，相加结果的高M位作为ROM查询表的地址，低N位作为反馈值与下一个时钟周期fc到来后的控制字K相加。
每个时钟周期fc到来后频率控制字K被累加一次，合成信号的相位就是相位累加器输出的数据，通过改变相位控制字K，就可以得到输出频率fout，频率控制字K和输出频率fout 关系为：fout=Kfc/2N，其中N作为相位累加器的位数，fc为相位累加器的时钟频率。
二、系统的设计整个系统电路由单片机控制部分、DDS通道电路部分、信号波形缓冲调整部分组成。
电路框图如图2所示：图2 系统设计框图电路设计采用AT89C2051单片机作为控制器电路，AT89C2051本身带有2K 字节的可编程可擦除EPROM存储器，用于存储数据和指令程序。
由单片机、驱动放大电路74HC245和8位拨码开关组成频率控制电路。
基于stm32单片机和宽带运算放大器的DDS和信号发生器实现系统[发明专利]
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(19)中华人民共和国国家知识产权局(12)发明专利申请(10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 201910584976.0(22)申请日 2019.07.01(71)申请人 华东师范大学地址 200062 上海市普陀区中山北路3663号(72)发明人 顾俊杰 (74)专利代理机构 上海麦其知识产权代理事务所(普通合伙) 31257代理人 董红曼(51)Int.Cl.G05B 19/042(2006.01)(54)发明名称基于stm32单片机和宽带运算放大器的DDS和信号发生器实现系统(57)摘要本发明公开了一种基于stm32单片机和宽带运算放大器的DDS和信号发生器实现系统，包括：定时器模块，用于触发DMA传输数据；存储模块，用于存储输出信号的编码；DMA模块，负责内存到寄存器的数据传输；信号运算模块，用于即时计算信号的编码，并通过GPIO口输出；DAC模块，用于实现数字-模拟信号转换，并经过运算放大器实现信号隔离。
本发明利用STM32F407ZGT6作为系统核心CPU组成的最小系统，以及宽带运算放大器构成的DAV，完成任意周期信号的产生，最高产生信号频率可达10M以上。
权利要求书1页 说明书3页 附图2页CN 112180772 A 2021.01.05C N 112180772A1.基于stm32单片机和宽带运算放大器的DDS和信号发生器实现系统，其特征在于，包括：定时器模块，用于触发DMA传输数据；存储模块，用于存储输出信号的编码；DMA模块，负责内存到寄存器的数据传输；信号运算模块，用于即时计算信号的编码，并通过GPIO口输出；DAC模块，用于实现数字-模拟信号转换，并经过运算放大器实现信号隔离。
2.如权利要求1所述的基于stm32单片机和宽带运算放大器的DDS和信号发生器实现系统，其特征在于，所述定时器模块，采样频率至少是信号频率的2倍。
3.如权利要求1所述的基于stm32单片机和宽带运算放大器的DDS和信号发生器实现系统，其特征在于，所述DMA模块由定时器产生的PWM信号触发，每次触发信号到来，所述DMA模块把一个数据单元从ROM搬运到GPIO寄存器；同时，DMA模块的数据源将根据运算结果实时更新。
基于单片机的DDS信号发生器设计毕业论文
摘要本文首先介绍了信号发生器的发展以及直接数字频率合成技术(DDS)的现状和发展趋势，然后介绍了DDS的原理结构及其主要构成部分。
再根据系统的要求，比较合理地采用了DDS技术，以单片机AT89S52和AD9850芯片为核心，设计了一种结构简单性能优良的信号发生器。
最后详细分析了该信号发生器的系统结构，软硬件设计和具体电路实现。
信号发生器的硬件部分包括三个模块,分别是单片机主控制模块，DDS模块和信号频率显示模块。
软件部分主要开发基于单片机AT89S52的数据处理和控制程序，以及信号发生器的外部通信程序。
最终完成实验电路板的制作，并通过电路板的调试，实现电路工作正常。
根据系统的最终测试结果可知该信号发生器具有输出信号波形精度高，频带宽等特点。
关键词：信号发生器；DDS；AT98S52；AD9850；频率；ABSTRACTThis article describes the development of the signal generator, the status and development trends of direct digital frequency synthesis (DDS) technology at first, then introduces the principle of DDS structure and its main components. According to system requirements, more rational use of DDS technology, single-chip AT89S52 and AD9850 chip as the core, has designed a simple structure and excellent performance of the signal generator. Finally, there is a detailed analysis of the signal generator system architecture, hardware and software design and specific circuit implementation. The hardware portion of the signal generator consists of three modules, namely, single-chip main control module, DDS module and signal frequency display module. Some of the major software development based on MCU AT89S52 data processing and control procedures, as well as external communication signal generator program. Completing the pilot circuit board production, and through the debug board to realize the circuit is working properly. According to the results of final test, the system shows that the output signal waveform signal generator has high accuracy, bandwidth and other characteristics.Keywords: Signal Generator; DDS; AT98S52; AD9850; Frequency目录摘要 (I)ABSTRACT .................................................................................................................. I I 第1章绪论 (1)1.1 课题背景 (1)1.2 课题的主要研究目的和意义 (1)第2章 DDS简介 (3)2.1 DDS结构 (3)2.2 频率预置与调节电路 (4)2.3 累加器 (4)2.4 控制相位和控制波形的加法器 (5)2.5 波形存储器 (5)2.6 D/A转换器 (5)2.7 低通滤波器 (6)第3章系统整体设计方案 (7)3.1 系统设计原理 (7)3.2 总体设计框图 (7)第4章系统各模块组成 (8)4.1 单片机控制模块 (8)4.1.1 AT89S52单片机介绍 (8)4.1.2 AT89S52功能特性描述 (8)4.1.3 时钟电路 (11)4.1.4 复位电路 (11)4.2 按键控制模块 (12)4.3 LCD显示模块 (13)4.4 AD9850 与单片机连接模块 (13)4.4.1 AD9850简介 (13)4.4.2 AD9850的控制字与控制时序 (16)4.4.3 单片机与AD9850的接口 (18)第5章软件设计与硬件调试 (20)5.1 程序流程图 (20)5.2 软件测试 (21)5.3 硬件电路制作 (21)5.4 硬件电路调试 (22)第6章结束语 (27)致谢 (28)参考文献 (29)附录1 原理图 (30)附录2 主程序代码 (31)第1章绪论1.1 课题背景信号发生器[1]，它是一种悠久的测量仪器，最早出现于十九世纪20年代。
利用单片机和CPLD实现直接数字频率合成(DDS)
利用单片机和CPLD实现直接数字频率合成（DDS）毕红军张永瑞(西安电子科技大学机电工程学院西安710071）摘要：与传统的频率合成方法相比，DDS合成信号具有频率切换时间短、频率分辨率高、相位变化连续等诸多优点。
使用单片机灵活的控制能力以及良好的人机对话功能与CPLD器件的高性能、高集成度相结合，可以克服传统DDS设计中的很多不足，从而设计开发出性能优良的DDS系统。
关键词：单片机；复杂可编程逻辑器件；直接数字频率合成；流水技术直接数字频率合成（DDS）技术是美国学者J.Tierncy，C.M.Rader和B.Gold 在1971年首次提出的。
这是一种全数字技术，该技术从相位概念出发直接合成所需要的波形。
同传统的频率合成技术相比，DDS技术具有很多优点：频率切换时间短、频率分辨率高、相位变化连续、容易实现对输出信号的多种调制等［5］。
但是由于当时的技术以及器件水平的限制，它的性能指标还无法与已有的技术相比，因此该技术当时并没有引起足够的重视。
最近几年来，随着技术和器件水平的提高，国外一些公司先后推出各种各样的DDS专用芯片,如Qualcomm公司的Q2230、Q2334, AD公司的AD9955、AD9850等［3］。
这些产品的问世，为电路设计者提供了良机，满足了工程实际的需要。
然而，商用DDS专用电路芯片也有它的的局限性，并不能满足所有要求。
例如，在实现线性调频（LFM）等复杂的调制功能时，利用现有的商用芯片就会遇到一些困难［8］。
由于近几年来可编程器件CPLD 、现场可编程门阵列FPGA技术的迅速发展和广泛应用，使用可编程器件实现DDS技术也越来越受到人们的关注。
1 DDS工作原理DDS工作原理框图如图1所示，其实质是以参考频率源（系统时钟）对相位进行等可控间隔的采样。
由图1可见，DDS包括由相位累加器和ROM查询表构成的数控振荡源（NCO）、DAC以及低通滤波器（LPF）3部分。
在每一个时钟周期，N位相位累加器与其反馈值进行累加，其结果的高M 位作为ROM查询表的地址，然后从ROM中读出相应的幅度值送到DAC。
基于51单片机做DDS正弦波信号源(毕业论文)
目录1绪论 (1)2 单片机80C51的简介……………………………………………………………Y 2. 1主芯片80C51的硬件资源……………………………………………………Y 2.280C51中断系统………………………………………………Y2.3单片机定时计数器的使用………………………………………Y3 ×××××（正文第3章）…………………………………………… Y ………………………………………（略）X ×××××（正文第X章）……………………………………………………… Y 结论………………………………………………………………………………… Y 致谢………………………………………………………………………………… Y 参考文献………………………………………………………………………………Y 附录A ××××（必要时）……………………………………………………… Y 附录B ××××（必要时）……………………………………………………… Y图 1 ×××××（必要时）……………………………………………………… Y 图2×××××（必要时）……………………………………………………… Y表 1 ×××××（必要时）……………………………………………………… Y 表 2 ×××××（必要时）……………………………………………………… Y注：1. 目次中的内容一般列出“章”、“条”二级标题即可；2．X、Y表示具体的阿拉伯数字；3．页眉中的页码用罗马数字（Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ、Ⅳ、Ⅴ……）表示。
基于单片机制作高频DDS信号发生器
基于单片机制作高频DDS信号发生器在现代科学和电子技术的不断进步下，数字信号发生器（DDS）已经成为了频率控制和生成的重要工具。
尤其是高频DDS信号发生器，其在雷达、通信、电子对抗等领域的应用具有不可替代的地位。
本文将介绍如何使用单片机制作高频DDS信号发生器。
一、DDS技术概述DDS，全称Direct Digital Synthesizer，即直接数字合成器，其工作原理是将数字信号通过数模转换器（DAC）转换成模拟信号。
DDS 技术的核心是相位累加器，它将输入的数字信号的相位进行累加，从而生成新的频率信号。
二、硬件设计1、单片机选择：本设计选用具有高速、低功耗、高集成度的单片机，如STM32F4系列。
2、频率控制字：通过设置频率控制字（FCW），可以控制输出信号的频率。
频率控制字由一个16位二进制数组成，表示了相位累加的步进大小。
3、存储器：使用Flash存储器存储预设的频率波形数据。
4、DAC：数模转换器将存储器中的波形数据转换成模拟信号。
本设计选用具有高分辨率、低噪声、低失真的DAC芯片。
5、滤波器：使用LC滤波器对DAC转换后的信号进行滤波，以得到更加纯净的信号。
三、软件设计1、相位累加器：相位累加器是DDS的核心，它将输入的数字信号的相位进行累加，从而生成新的频率信号。
2、波形查找表：将所需的波形数据存储在波形查找表中，通过查表的方式获取波形数据，可以大大提高DDS的工作效率。
3、控制逻辑：控制逻辑负责处理输入的控制信号，如启动、停止、频率控制字等。
4、通信接口：为了方便远程控制，需要设计通信接口，如SPI、I2C 等。
四、性能测试1、频率范围：测试DDS输出信号的频率范围是否满足设计要求。
2、频率分辨率：测试DDS输出信号的频率分辨率是否达到设计要求。
3、信号质量：测试DDS输出信号的信噪比、失真度等指标是否满足设计要求。
4、稳定性：长时间运行后，测试DDS输出信号的频率是否稳定。
5、远程控制：测试通信接口是否正常工作，可以通过计算机或者其他控制器对DDS进行远程控制。
基于FPGA的两种DDS实现
基于FPGA的两种DDS实现直接数字频率合成（Direct Digital Synthesis，DDS）是一种基于数字信号处理的频率合成方法，通过将一个连续的幅度和相位可调的数字信号与一个时钟信号相乘，可以产生高精度的频率信号。
在FPGA（Field Programmable Gate Array）中，DDS可以通过数字逻辑实现。
本文将介绍两种基于FPGA的DDS实现方法。
LUT是FPGA中常用的存储组件，可以用于存储预先生成的数字信号样本。
基于LUT的DDS实现方法是将一个固定的正弦波样本表存储在LUT 中，然后通过改变LUT的读指针位置来产生不同频率的正弦波信号。
具体实现步骤如下：1)根据需要生成的信号频率，计算出每一个时钟周期对应的读指针步进量，即相位步进量。
2)初始化读指针位置为0，以时钟信号为基准，每一个时钟周期将读指针位置加上相位步进量。
3)将读指针位置作为索引，从LUT中读取相应的正弦波样本值。
4)将读取到的正弦波样本值输出为DDS的输出信号。
基于LUT的DDS实现有以下优点：-简单易于实现，适合低频率应用。
-输出信号的频率可精确控制，具有较高的频率精度。
-可以通过修改LUT中的正弦波表，实现不同幅度和相位的输出信号。
另一种常见的DDS实现方法是基于相位累加器。
相位累加器是一个用于存储和计算相位信息的寄存器，通过不断累加相位步进量来产生不同频率的输出信号。
具体实现步骤如下：1)根据需要生成的信号频率，计算出每一个时钟周期对应的相位步进量。
2)初始化相位累加器为0，在每一个时钟周期将相位步进量加到累加器中。
3)将相位累加器的高位作为正弦波LUT的读指针，将读取到的正弦波样本值输出为DDS的输出信号。
基于相位累加器的DDS实现有以下优点：-输出信号的频率可精确控制，具有较高的频率精度。
-可以通过修改相位步进量，实现不同频率的输出信号。
-相位累加器可以很容易地实现相位调制和频率调制等功能，具有较高的灵活性。
基于单片机制作高频DDS信号发生器
目录1 DDS技术的基本原理 (2)2.1 DDS结构 (2)DDS数学原理 (5)2 总体设计方案 (7)3．1系统设计原理 (7)3．2总体设计框图 (8)3系统的硬件设计 (8)3.2 DDS芯片的选择及与单片机之间的通信 (8)3.3 单片机〔AT89S52〕控制电路 (11)3.4 液晶显示模块 (14)3.5 低通滤波器的设计 (16)4 信号发生器的软件设计 (17)4.1 程序流程图 (17)4.2 键盘扫描流程图 (19)4.3 LCD的显示 (21)5部分系统的仿真和调试 (21)6 系统的程序代码................ 错误!未定义书签。
7设计心的及体会 . (25)8 参考文献 (26)1 DDS技术的基本原理2.1 DDS结构1971年，美国学者等人撰写的“A Digital Frequency Synthesizer”-文首次提出了以全数字技术，从相位概念出发直接合成所需波形的一种新组成原理。
限于当时的技术和器件产，它的性能指标尚不能与已有的技术相比，故没受到重视。
近几年间，随着微电子技术的迅速发展，直接数字频率合成器〔Direct Digital Frequency Synthesis简称DDS或DDFS〕得到了飞速的发展，它以有别于其它频率合成方法的优越性能和特点成为现代频率合成技术中的佼佼者。
具体表达在相对带宽、频率转换时间短、频率分辨率高、输出相位连续、可产生宽带正交信号及其他多种调制信号、可编程和全数字化、控制灵活方便等方面，并具有极高的性价比。
DDS是直接数字式频率合成器〔Direct Digital Synthesizer〕的英文缩写。
与传统的频率合成器相比，DDS具有低成本、低功耗、高分辨率和快速转换时间等优点，广泛使用在电信与电子仪器领域，是实现设备全数字化的一个关键技术。
直接数字频率合成器〔Direct Digital Synthesizer〕是从相位概念出发直接合成所需波形的一种频率合成技术。