频率可变任意波形发生器设计
基于DDS技术的任意波形发生器的设计
基于DDS技术的任意波形发生器的设计1.设计思路信号发生器广泛应用于电子电路、自动控制和科学试验等领域。
是一种为电子测量和计量工作提供符合严格技术要求的电信号设备，也是应用最广泛的电子仪器之一，几乎所有的电参量的测量都需要用到信号发生器。
本设计研究的信号发生器的基本思路是：基于DDS芯片AD9850基础的任意波形发生器。
系统是基于AD9850芯片产生的波形。
它是由相位累加器、正弦查询表、D/A转换器组成的集成芯片。
其中相位累加器的位数N=32位，寻址RAM用14位，舍去18位，采用高速10位数模转换，DDS的时钟频率为125MHz，输出信号频率分辨率可达0.0291Hz；系统的微处理器采用8051，外围电路主要是接口电路、调幅电路、滤波电路和积分电路的设计。
同时还包括键盘接口。
系统的软件主要是启动和初始化8051，然后处理键盘输入的频率控制字和相位控制字，并将其转换为32位的二进制数的控制字，最后并行递交给AD9850并启动AD9850，让它实现从正弦查询表中取数产生波形再输出。
2.方案设计2.1 DDS的基本原理1971年，美国学者J. Tierncy, C. M. Rader和B. Gold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的频率合成原理。
限于当时的技术和器件水平，它的性能指标尚不能与已有的技术相比，故未受到重视。
近20年间，随着技术和器件水平的提高，一种新的频率合成技术——直接数字合成频率合成（DDS）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。
DDS基本原理图如图1所示，DDS由相位累加器，只读存储器，数模转换器DAC及低通滤波器组成。
以合成正弦波为例，幅值表ROM中存有正弦波的幅值码，相位累加器在时钟f c的触发下，对频率控制字K进行累加，相位累加器输出的相位序列（即相码）作为地址去寻址ROM，得到一系列离散的幅度编码（即幅码）。
DDS任意波形发生器的设计与实现
DDS任意波形发生器的设计与实现近年来，随着电子技术的飞速进步，任意波形发生器在信号发生、测试、测量等领域扮演着重要的角色。
而Direct Digital Synthesis（DDS）任意波形发生器作为一种数字信号处理技术，由于其高精度、低失真、灵活性强等优点，成为了目前最为常用的任意波形发生器技术之一。
DDS任意波形发生器工作原理基于数字信号处理与相位累加器。
其主要组成部分包括振荡器、相位累加器、数字控制模块和DAC（数模转换器）模块。
其中，相位累加器用于产生一个累加的相位值，该相位值会被数字控制模块处理后再输入DAC模块进行数模转换，并输出到外部电路。
而该外部电路毗连到输出端口，可以控制输出的幅值以及频率，从而生成所需的任意波形。
在过程中，需要思量多个关键因素。
起首，选择合适的振荡器型号以及参考时钟。
振荡器的质量和稳定性直接影响到输出信号的频率稳定性。
而参考时钟的准确性则决定了相位累加器的性能。
其次，在相位累加器的设计中，需要合理选择累加的相位步进值以及相位累加位数。
过大的步进值可能导致相位区分率降低，而过小的步进值会增加累加器的位数，增加系统的复杂度。
另外，数字控制模块的设计需要思量到输入的频率、相位和幅度的变化。
最后，需要合理选择DAC模块以及输出电路，以确保输出信号的质量和稳定性。
在实际实现过程中，可以使用FPGA（Field-Programmable Gate Array）作为主要硬件实现平台，并利用VHDL（VHSIC Hardware Description Language）进行硬件描述，从而构建DDS任意波形发生器。
FPGA的高度灵活性使得其适用于DDS任意波形发生器的实现，并且其可重构的特点使得系统可以依据需要进行扩展和改进。
在软件方面，可以使用C语言编写相应的控制程序，以实现对DDS任意波形发生器的控制和调整。
是一个综合性的工程项目，需要对电路设计、硬件描述语言、数字信号处理等方面有深度的了解和精通。
频率可变的任意波形发生器
深圳大学实验报告课程名称：Verilog使用及其应用实验名称：频率可变的任意波形发生器学院：电子科学与技术学院一、前言波形发生器是一种数据信号发生器，在调试硬件时，常常需要加入一些信号，以观察电路工作是否正常，在实验与工程中都具有重要的作用。
随着电子技术的发展与成熟，电子工程领域对波形发生器的要求越来越高，不仅要求波形发生器具有连续的相位变换，频率稳定等特点，还要求波形发生器可以模拟各种复杂信号，并能做到幅度、频率，相位，波形动态可调。
Verilog HDL是一种硬件描述语言（HDL:Hardware Discription Language），是一种以文本形式来描述数字系统硬件的结构和行为的语言，用它可以表示逻辑电路图、逻辑表达式，还可以表示数字逻辑系统所完成的逻辑功能。
本实验正是基于Verilog HDL语言对波形发生器的功能进行描述，并进行仿真，从而了解与掌握波形发生器的内部工作原理，并进一步熟悉与掌握Verilog HDL语言，将课堂所学知识进行实践。
二、实验原理总体设计方案及其原理说明：FPGA图1-1 系统总体设计方案DDS是一种把数字信号通过数/模转换器转换成模拟信号的合成技术。
它由相位累加器、相幅转换函数表、D/A转换器以及内部时序控制产生器等电路组成。
参考频率f_clk为整个合成器的工作频率,输入的频率字保存在频率寄存器中,经Ｎ位相位累加器,累加一次,相位步进增加,经过内部ROM波形表得到相应的幅度值,经过D/A转换和低通滤波器得到合成的波形。
△P为频率字,即相位增量;参考频率为ｆ_clk;相位累加器的长度为Ｎ位,输出频率ｆ_out为：F_out——输出信号的频率；N————相位累加器的位数；△P———频率控制字（步长）；F_clk——基准时钟频率。
图1-2 四种波形单周期的取样示意图段地址基地址 16位二进制数代表波形的取值00 000 000 001 7000 010 10000 011 7000 100 000 101 -7000 110 10000 111 -7001 000 10001 001 10001 010 10001 011 10001 100 -10001 101 -10001 110 -10001 111 -10010 000 010 001 2510 010 5010 011 7510 100 10010 101 12510 110 15010 111 17511 000 17511 001 15011 010 12511 011 10011 100 7511 101 5011 110 2511 111 0图1-3 函数查找表的设计三、源程序module dds(f_clk,p,choice,data);//模块的端口设定input [15:0] p; //频率控制字input[1:0] choice; //波形选择变量input f_clk; //输入时钟信号output [15:0] data; //波形数值输出wire [15:0] data;reg [5:0] addr,address; //波形数值所在地址reg [15:0] count;reg f_out; //经P变量频率控制调动后的时钟信号initialbegincount<=0;addr<=0;f_out<=0;function [15:0]rom; //ROM中各波形数值的设定input[5:0] address;case(address) //波形选择0 : rom = 0; //正弦波1 : rom = 70;2 : rom = 100;3 : rom = 70;4 : rom = 0;5 : rom = -70;6 : rom = -100;7 : rom = -70;8 : rom = 100; //方波9 : rom = 100;10: rom = 100;11: rom = 100;12: rom = -100;13: rom = -100;14: rom = -100;15: rom = -100;16 : rom = 0; //正三角波17 : rom = 25;18 : rom = 50;19 : rom = 75;20 : rom = 100;21 : rom = 125;22 : rom = 150;23 : rom = 175;24 : rom = 175; //负三角波25 : rom = 150;26 : rom = 125;27 : rom = 100;28 : rom = 75;29 : rom = 50;30 : rom = 25;31 : rom = 0;default : rom = 10'hxx;endcaseendfunctionalways @(posedge f_clk) //利用计数器count变量实现分频beginif(count==p) //设置频率控制字count=0;f_out=~f_out;endelsecount=count+1;endalways@(posedge f_out)beginif(addr==7) //波形取8个点，实现波形数据切换addr=0;elseaddr=addr+1;case(choice) //选择波形0: address=addr;1: address=addr+8;2: address=addr+16;3: address=addr+24;endcaseendassign data = rom(address);//将ROM中对应的数据传递到data端口输出endmodule四、仿真程序module test;wire [15:0] data;wire [5:0] address;reg [15:0] p;reg f_clk;reg [1:0] choice;always #10 f_clk = ~f_clk;initial //波形的初始化beginf_clk =0;p=2; //频率控制字为2时的波形choice=0;#1050 choice = 1;//延时，切换波形，使所有波形能够在同一个仿真结果#1500 choice = 2;#1500 choice = 3;#1000 p=5; //延时，更换频率#500 choice=0;#1050 choice = 1;#1500 choice = 2;#1500 choice = 3;#1000 p=15; //延时，更换频率#500 choice=0;#1050 choice = 1;#1500 choice = 2;#1500 choice = 3;enddds phase (.f_clk (f_clk),.p(p),.choice(choice),.data(data)); //调用dds模块endmodule五、实验结果。
基于51单片机的波形发生器的设计
基于51单片机的波形发生器的设计引言：波形发生器是一种可以生成特定频率、特定波形的电子设备。
它广泛应用于科研、教学和产业生产等领域，可以用于信号发生、信号测试、信号仿真等各种任务。
本文将介绍一个基于51单片机的波形发生器的设计方案。
一、系统硬件设计1.系统框架该波形发生器系统采用51单片机作为主控芯片，主要包括三个部分：信号生成模块、显示模块和控制模块。
其中，信号生成模块负责产生各种特定频率、特定波形的信号；显示模块用于展示信号参数等相关信息；控制模块负责接收用户输入并对波形发生器进行控制。
2.硬件连接信号生成模块与主控芯片之间通过I/O接口相连，用于传输数据和控制信号。
显示模块通过串口与主控芯片相连，用于显示相关信息。
控制模块通过按键、旋钮等输入设备与主控芯片相连，用于接收用户输入。
二、系统软件设计1.系统初始化在系统初始化阶段，主控芯片需要完成引脚、定时器、串口等相关资源的初始化工作。
同时，还需要设置一些全局变量和参数的初始值。
2.信号生成模块信号生成模块通过定时器产生特定频率的时钟信号，并根据用户输入的参数生成相应的信号波形。
主控芯片利用定时器中断函数进行波形生成，并将生成的信号数据存放在缓冲区中。
3.显示模块显示模块负责将信号波形显示在液晶屏上，并显示相关参数，如频率、幅度等。
主控芯片将信号数据从缓冲区中读取，并通过串口发送给显示模块进行显示。
4.控制模块控制模块负责接收用户输入的控制指令，并通过按键、旋钮等输入设备完成用户交互。
主控芯片通过中断函数实时读取用户输入并进行相应的控制操作。
三、系统功能设计1.频率设置功能用户可以通过控制模块设置波形发生器的频率，可以选择固定频率或者可调频率。
利用定时器时钟频率与定时器中断的时间间隔来控制波形的频率。
2.波形选择功能用户可以通过控制模块选择不同的波形类型，如正弦波、方波、三角波、脉冲波等。
主控芯片根据用户指令设置波形参数，并生成相应的波形信号。
任意波形发生器方案
任意波形发生器的设计方案12电信1 张晓航 1200301108 一，选择课题：电子测量仪器设计——任意波形发生器设计二，设计要求：能产生方波、三角波、正弦波、锯齿波信号。
主要技术指标：(1)输出频率范围100HZ~1KHZ、1~10KHZ(2)输出电压：方波UPP=6V，三角波UPP=6V，正弦波UPP>1V，锯齿波UPP=6V。
三，仪器仪表清单：1．直流稳压电源 1台 2．双踪示波器 2台3．运放741（LM324n）*3 4.二极管 1N4154*2 1N4680*25．电位器50K*2 1K*1 6．电容1μF 47nF *17．电阻 100k 10k 5k 3k 4k 96k若干 8．面包板 1块9．剪刀１把 10．仪器探头线 2根11．电源线若干四，设计考虑因素：信号发生器可以通过多种方法设计产生，但是考虑到如果使用芯片去完成可能所需要的成本比较高，但如果用单片机等则设计太复杂，还需要嵌入相应代码，有点大材小用，综合多方面的因素考虑该方案是可行性比较高，性价比比较高的一种方案，同时，能够让我对于一些专业基础知识有了更深的了解。
元器件可重复利用，符合现在可持续发展的绿色思想。
该电路具有结构、思路简单，运行时性能稳定且能较好的符合设计要求，对原器件要求不高，且成本低廉、调整方便.五，函数发生器的总方案：为进一步掌握电路的基本理论及实验调试技术，本课题采用由集成运算放大器与晶体管差分放大器共同组成的方波—三角波（锯齿波）—正弦波函数发生器的设计方法。
本课题中函数发生器电路组成框图如下所示：函数发生器电路组成框图由比较器和积分器组成方波—三角波产生电路，比较器输出的方波经积分器得到三角波，三角波到正弦波的变换电路主要由差分放大器来完成。
差分放大器具有工作点稳定，输入阻抗高，抗干扰能力较强等优点。
特别是作为直流放大器时，可以有效地抑制零点漂移，因此可将频率很低的三角波变换成正弦波。
波形变换的原理是利用差分放大器传输特性曲线的非线性。
波形发生器设计方案
波形发生器设计方案一、引言波形发生器是一种电子设备，用于产生具有特定频率、振幅和形状的电信号。
它在各种应用中广泛使用，例如科学实验、医疗设备和通信系统等。
本文将介绍一种波形发生器的设计方案。
二、设计原理波形发生器的设计原理是基于振荡电路。
振荡电路是一种能够稳定产生周期性信号的电路，通常采用反馈路径来实现。
在波形发生器中，我们将采用RC振荡电路作为基础。
三、设计步骤1. 选择合适的电路元件我们需要选择合适的电容和电阻来构建RC振荡电路。
根据所需的频率范围和精度要求，选取合适的元件。
2. 计算元件数值根据振荡电路的设计公式，计算所需的电容和电阻数值。
确保电容和电阻的数值可获得并满足设计需求。
3. 组装电路根据所选的电路元件和计算得到的数值，组装RC振荡电路。
确保元件的正确连接，并注意防止干扰和噪音。
4. 调试和优化连接电源后，使用示波器监测输出信号。
如果波形不满足设计要求，可以调整电容或电阻的数值进行优化。
四、特性和功能该波形发生器设计方案具有以下特性和功能：1. 频率可调性：通过调整电容或电阻的数值，可以实现不同频率的输出信号。
2. 波形形状可变性：根据实际需求，可以调整电路参数以产生正弦波、方波、矩形波等不同形状的输出信号。
3. 稳定性和精度：经过调试和优化后，该波形发生器能够稳定输出准确的波形信号。
五、应用领域本设计方案的波形发生器可应用于以下领域：1. 科学实验：在物理、化学等实验中，需要产生特定频率和形状的信号，用于测试和研究。
2. 医疗设备：在医疗设备中，波形发生器常用于心电图机、超声设备等，用于诊断和治疗。
3. 通信系统：在通信系统中，波形发生器被用于产生调制信号和时钟信号等，保证通信的稳定和可靠。
六、总结波形发生器是一种重要的电子设备，在多个领域中发挥着重要作用。
本文介绍了一种基于RC振荡电路的波形发生器设计方案，通过选择合适的元件、计算数值、组装电路和调试优化等步骤，可以实现频率可调、波形形状可变的输出信号。
数字电路综合实验_频率可调的任意波形发生器的设计及实现
26实验室研究与探索LABO RA TO R Y R ESEA RCH AND EXPLO RA T I ON1999年 第5期・实验教学・数字电路综合实验——频率可调的任意波形发生器的设计及实现徐小凤, 江一山(常州技术师范学院电子系,江苏常州市213001)摘 要:介绍了数字电路综合实验“频率可调的任意波形发生器”的设计方案及实验方法。
该实验涉及到数字电路课程的逻辑电路、存贮器、定时器、数模转换等内容,有利于提高学生分析问题的能力和动手能力。
关键词:数字电路;设计原理;实践能力C om p re he ns ive Expe ri m e nt ofD ig ita l C ircuit ——D e s ign a nd Re a liza tion of Ad jus ta b le F re que ncy 2Ra ndom W a ve s G e ne ra to rX U X iao 2f eng J IA N G Y i 2shan(Changzhou T eachers Co llege of T echno logy ,Changzhou ,213001,Ch ina )Abstract :T h is article in troduced the design and realizati on of the com p rehen sive exp eri m en t of digital circu it ——adju stab le frequency 2random w aves generato r .It is concerned w ith logic circu it 、m em o ry 、ti m er 、D A converter of digital circu it cou rse ,and is favou rab le to i m p rove studen t’s ab ility in analysing p rob lem s and p ractice .Key words :digital circu it ;design p rinci p le ;p ractising ab ility收稿日期:1999201221 “脉冲与数字电路”是电子类专业的一门基础课。
任意波形发生器设计
任意波形发生器设计一、设计目标和需求分析在进行任意波形发生器设计之前，首先需要明确设计目标和需求。
根据实际应用需求，我们需要设计一种具有以下特点的任意波形发生器：1.多种波形形状：能够产生包括正弦波、方波、三角波、锯齿波等多种波形形状的输出信号。
2.高精度输出：能够提供稳定、精确的波形输出，满足对波形频率、幅度、相位等参数的要求。
3.宽频率范围：能够在较宽的频率范围内产生波形信号，适应不同应用场景的需求。
4.灵活性和操作便捷：具备灵活的参数调节和操作界面，方便用户配置所需波形信号。
二、电路设计和构成基于以上需求，我们可以采用数字/模拟混合电路来设计任意波形发生器。
整体电路结构包括信号发生器、波形调节电路、滤波器、放大器和输出接口等几大部分。
1.信号发生器：信号发生器是生成基本信号的核心部分。
可以采用数字逻辑电路，通过编程控制产生不同形状的基本波形，例如正弦波、方波、三角波、锯齿波等。
可以使用存储器来存储基本波形的采样点，并通过数字模拟转换器（DAC）将数字信号转换为模拟信号。
2.波形调节电路：波形调节电路用于调整波形的频率、幅度和相位等参数。
通过调整振荡电路中的电阻、电容或电感等元件，实现对基本波形的变换和调节。
可以设计多种电路模块来完成这一任务，例如可变电容二极管电路、可调电阻电路等。
3.滤波器：滤波器用于对产生的波形信号进行滤波处理，除去高频或低频的杂散分量，保留所需频率范围内的信号。
可以采用各种类型的滤波器电路，例如RC滤波器、有源滤波器或数字滤波器等。
4.放大器：放大器用于增强波形信号的幅度，确保输出的信号具备足够的驱动能力，可以驱动接收端电路。
可以采用运放等放大电路，根据需要选择合适的增益。
5.输出接口：输出接口用于将产生的波形信号输出给外部设备。
可以设计多种类型的输出接口，例如模拟输出接口（BNC接口）、数字输出接口（USB接口）等，方便用户接入不同类型的设备。
三、实现方法和关键技术在设计任意波形发生器时，需要考虑以下关键技术和实现方法：1.数字信号处理技术：通过数字信号处理技术，实现对基本波形的生成、存储和输出。
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题目一频率可变任意波形发生器设计
数字部分，用FPGA实现。
波形选择端口选择4种不同的波形输出，频率调节端口调节输出波形的频率。
ROM存储4种波形的均匀抽样数据。
模拟部分选择一个8位的D/A转换器将抽样数据转换成连续波形输出。
输入端口：clk：27MH时钟
MOD[7:0]：频率调节
输出端口：
D[7:0]：ROM数据输出
要求：提交设计报告，包括设计源程序，仿真波形（quatursII或modelsim）和实验结果及心得体会。
图1-1 系统总体设计方案
DDS是一种把数字信号通过数/模转换器转换成模拟信号的合成技术。
它由相位累加器、相幅转换函数表、D/A转换器以及内部时序
控制产生器等电路组成。
参考频率f_clk为整个合成器的工作频率,输入的频率字保存在频率寄存器中,经Ｎ位相位累加器,累加一次,相位步进增加,经过内部ROM波形表得到相应的幅度值,经过D/A转换和低通滤波器得到合成的波形。
△P为频率字,即相位增量;参考频率为ｆ_clk;相位累加器的长度为Ｎ位,输出频率ｆ_out为：
F_out——输出信号的频率；
N————相位累加器的位数；
△P———频率控制字（步长）；
F_clk——基准时钟频率。
图1-2 四种波形单周期的取样示意图
段地址基地址 D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D0
00 000
00 001
00 010
00 011 自定义的正弦波初值
00 100
00 101
00 110
00 111
01 000
01 001
01 010
01 011 自定义的方波初值
01 100
01 101
01 110
01 111
10 000
10 001
10 010
10 011 自定义的正三角波初值
10 100
10 101
10 110
10 111
11 000
11 001
11 010
11 011 自定义的反三角波初值
11 100
11 101
11 110
11 111
图1-3 函数查找表的设计。