基于DDS技术的任意波形发生器研究与设计
基于DDS技术和FPGA的任意波形发生器设计
中 图 分 类 号 ：Ｔ ｌ Ｐ２ ６
Ｄｅ ｉ ｎ ｏ ｒ ｉｒ ｒ ｖ ｆ ｒ ｇ ｎ ｒ ｔ ｒｂ ｓ ｄ ｏ ｓｇ ｆａ ｂ ｔａ ｙ ｗａ ｅ ｏ ｍ ｅ ｅ ａ ｏ ａ ｅ ｎ ＤＤＳ ａ ｄ ＦＰ ｎ ＧＡ
Ｓ ｕ—ｊ ｎ ＨＩ Ｙｏ ｉ ａ
（ ｉｎ ｓ ｒ ｉ ｅＩｓ ｔｔ Ｉ ｏｍ ｔ ｎＤ ｐ ｒ ｎ ， Ｊａ ｇｕ Ｍａ ｉｍ ｎｔ ｕ ｎ ｒ ａｉ ｅ ａｔ ｔ ｔ ｉ ｅ ｆ ｏ ｍｅ ｎ ｎ ２ １ ７ ，Ｃ ｉ ） ｊｇ ｉ １１ ０ ｈｎ ａ
Ａｂｓｒ ｃ ： Ｉ ｒ ｅ ｏ ｍｅ ｔｗｉｈ ｔ ｅ ｄｅ ｅｏ ｍｅ ｔｏ ｈ ｏ ｅ ｎ ｅｅ ｔｉ ｅ ｈ ｏｏ ｙ ａ ｄ ｍａ ｋ ｔｒ ｑｕｒ ｍ ｅ ｔ ｔ ａ ｔ ｎ ｏ ｄ ｒ ｔ ｅ ｔ ｈ ｖ ｌ ｐ ｎ ｆｔ ｅ ｍ ｄ ｒ ｌｃｒｃ ｔｃ ｎ ｌ ｇ ｎ ｒ ｅ ｅ ｉｅ ｎ ｓ， ｉ ｉ ｅ ｅ ｓ ｒ ｎ ｉ ｎｆｃ ｎ ｏ ｓｕ ｙ ｔ ｅ ｈｇ ｅ ｏ ｍａ ｃ ｒ ｔａ ｙ ｗａ ｅｏ ｍ ｅ ｅ ａ ｏ ． Ｂａ ｅ ｎ ｔ ｈ ｏ ｙ ｔ ｓ ｎ ｃ ｓ ａ ｙ ａ ｄ ｓｇ ｉｉａ ｔｔ ｔｄ ｈ ｉｈ ｐ ｒ ｒ ｎ ｅ ａ ｂｉ ｒ ｖ ｆ ｒ ｇ ｎ ｒ ｔｒ ｆ ｒ ｓ ｄ ｏ ｈｅｔ ｅ ｒ
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基 于 Ｄ Ｓ技 术 和 Ｆ Ｇ Ｄ Ｐ Ａ的任 意 波 形 发 生 器设 计
史 有 建
（ 苏 海 事 职 业 技术 学 院 ，江 苏 南 京 江 ２ １７ ） １ １０
摘 要 ：依 据 ＤＤ 的 基 本 原 理 ， 以 Ｑｕ ｒ ｓＩ软 件 平 台 作 为 开 发 工 具 ， 对 Ｆ Ｇ 芯 片 Ｓ ａｔ ｌ ｕ ＰＡ
基于DDS技术的波形发生器设计与仿真
基于DDS技术的波形发生器设计与仿真【摘要】本文介绍了基于FPGA技术的DDS波形发生器的原理与设计，并利用SignalTapII嵌入式逻辑分析仪对正弦波、三角波、方波、锯齿波进行仿真验证。
实验结果表明，利用FPGA能在很短时间内快速构建任意波形，提高了设计效率，具有实际应用价值。
【关键词】DDS；FPGA；波形发生器1.引言DDS频率合成器具有频率分辨率高[1]，输出频点多，可达2N个频点（假设DDS相位累加器的字长是N）；频率切换速度快，可达us量级；频率切换时相位连续的优点，可以输出宽带正交信号，其输出相位噪声低，对参考频率源的相位噪声有改善作用；可以产生任意波形；全数字化实现，便于集成，体积小，重量轻[2]。
本文介绍了DDS的基本原理，同时针对DDS波形发生器的FPGA实现进行了简要介绍，利用SignalTapII嵌入式逻辑分析仪对正弦波、三角波、方波、锯齿波进行仿真验证。
2.DDS波形发生器的FPGA实现FPGA的应用[3]不仅使得数字电路系统的设计非常方便，而且它的时钟频率已可达到几百兆赫兹，加上它的灵活性和高可靠性，非常适合用于实现波形发生器的数字电路部分。
使用FPGA设计DDS电路比采用专用DDS芯片更为灵活，只需改变FPGA中的ROM数据，DDS就可以产生任意波形，具有相当大的灵活性。
2.1 FPGA设计流程FPGA的设计框图如图1所示，FPGA的主要功能是：产生与外围电路的接口电路，使其能够接受外围逻辑控制信号；保存频率字，并构成相位累加器，产生与主时钟相同频率的RAM寻址字；用内部的存储块构成存放多种波形数据的ROM，并通过相应的控制线进行选择；构造出两个多波形选择输出的输出通道，其中的一路通道可具备移相功能；用内部的PLL倍频外部低频晶振，并输出与主时钟同频的时钟，驱动片外高速D/A。
2.2 时钟模块根据耐奎斯特采样定理要得到输出频率为10MHz的信号，其所输入的信号时钟频率必须达20MHz以上。
基于DDS技术的信号发生器的设计与实现
基于DDS技术的信号发生器的设计与实现DDS（Direct Digital Synthesis）技术是一种基于数字信号处理的频率合成技术，通过数字方式生成正弦波信号。
DDS信号发生器可以用于科学实验、通信系统中的频率合成、音频处理等应用领域。
通过DDS技术，可以实现高精度、稳定性好、频率范围广的信号发生器。
DDS信号发生器的基本原理是：通过一个相位累加器、一个频率累加器和一个波表，来生成一个时域上的正弦波信号，并将其转换为模拟电压信号输出。
相位累加器用来控制波表中的每个周期的采样点，频率累加器用来控制相位累加器的步进。
波表中存储了一个完整的正弦波周期的数值，波表的长度决定了信号发生器的频率分辨率。
DDS信号发生器的主要模块包括：时钟模块、相位累加器、频率累加器、波表和数模转换器。
时钟模块是DDS信号发生器的产生步进信号的时钟源，可以采用稳定的晶振或者时钟信号源。
时钟信号的频率决定了DDS信号发生器的输出信号的频率精度。
相位累加器是DDS信号发生器的核心模块，它接收时钟信号，并根据频率累加器的输入生成一个相位累加信号。
相位累加器可以采用简化的模数累加器，根据时钟信号的周期计算脉冲个数，每当相位累加信号增加一个固定的脉冲数时，波表就输出一个采样点。
频率累加器实时地改变相位累加器的步进，从而改变信号发生器的输出频率。
频率累加器可以通过输入一个控制信号来改变频率累加器的增加或减少的步进大小，从而实现更精细的频率调节。
波表是DDS信号发生器的存储波形数据的模块。
它包含了一个完整的正弦波周期的采样点的数值，波表的长度决定了信号发生器的输出信号的频率分辨率。
波表的数据可以事先存储在ROM中，也可以动态生成。
数模转换器将生成的波形数据转换为模拟电压信号输出。
数模转换器的位宽决定了输出信号的精度，位宽越大，精度越高。
除了上述基本模块，DDS信号发生器还可以添加比较器、滤波器等模块，以实现输出电平调节、滤波等功能。
基于dds技术的信号发生器的设计与实现
文章标题：基于S技术的信号发生器的设计与实现一、引言在电子通信和信号处理领域，信号发生器是一种常见的设备，用于产生各种类型的信号波形，包括正弦波、方波、三角波等。
基于直接数字合成（S）技术的信号发生器在现代电子设备中越来越受到重视，因为它具有频率稳定性高、频率分辨率高、频率和相位调制灵活等优点。
本文将围绕基于S技术的信号发生器的设计和实现展开讨论。
二、S技术的基本原理S技术是一种通过数字方式直接合成信号的技术，其基本原理是利用数字信号处理器（DSP）生成离散时间信号序列，再通过数模转换器将其转换为模拟信号输出。
S技术的核心在于其通过累加相位增量的方式来实现信号的频率合成，因此频率分辨率高，相位调制灵活，并且可以实现快速切换频率和相位。
三、基于S技术的信号发生器的硬件设计1. 时钟模块：基于S技术的信号发生器的时钟模块需要具有极高的稳定性和精度，以确保合成信号的频率稳定性和精度。
2. 数字信号处理模块：数字信号处理模块是实现基于S技术的信号发生器的关键，它需要具有高速的计算能力和精确的相位累加器，以实现频率和相位的精确合成。
3. 数模转换模块：数模转换模块将数字信号处理模块生成的数字信号转换为模拟信号输出，需要具有高精度和低失真的特性。
四、基于S技术的信号发生器的软件设计1. 频率和相位控制算法：基于S技术的信号发生器的软件设计需要包括频率和相位控制算法，以实现对合成信号频率和相位的灵活调节。
2. 用户界面设计：为了方便用户操作和监控合成信号的参数，基于S技术的信号发生器的软件设计还需要包括用户界面设计，以实现对信号发生器的参数设置和监控。
五、基于S技术的信号发生器的实现基于S技术的信号发生器的实现需要在硬件和软件两方面充分考虑，确保其在频率稳定性、频率分辨率和相位调制灵活性等方面具有优秀的性能。
在实际应用中还需要考虑其输出功率、谐波失真等参数，以满足不同场景的需求。
六、个人观点与展望基于S技术的信号发生器在现代电子领域中具有广泛的应用前景，其高稳定性、高频率分辨率和灵活的相位调制特性，使其在通信、雷达、医疗等领域都有着重要的地位。
采用DDS技术实现的虚拟任意波形发生器
仪表与传感器计算机测量与控制.2003.11(7) Computer Measurement &Control ・553・收稿日期:2002-11-08。
作者简介:崔建鹏(1979-),男,河南省洛阳市人,硕士生,工程师,主要从事计算机测控的研究。
赵敏(1959-),男,江苏省南京市人,教授,主要从事计算机测控的研究。
文章编号:1671-4598(2003)07-0553-03 中图分类号:TP333196 文献标识码:A采用DDS 技术实现的虚拟任意波形发生器崔建鹏1,赵 敏1,江 帆2(1.南京航空航天大学自动化学院,江苏南京 210016; 2.中国航天电子基础技术研究院,北京 100076)摘要:采用DDS (直接数字频率合成)技术设计了任意波形发生器。
系统时序和逻辑电路主要由一块CP LD 芯片来完成,软件构建于LabW ind ows/C VI 这一专用虚拟仪器软件开发平台之上,其特点是界面友好,操作方便,产生的波形失真度小,频带宽,频率分辨率高。
关键词:DDS;CP LD ;任意波形发生器;虚拟仪器Virtual Arbitrary W aveform G enerator B ased on DDS TechnologyC UI Jian 2peng 1,ZH AO Min 1,J I ANG Fan 2(1.Automation C ollege ,Nanjing University of Aeronautics and Astronautics ,Nanjing 210016,China ;2.China Academy of S pace E lectronics T echn ology ,Beijing 100076,China )Abstract :T he arbitrary waveform generator is developed based on DDS (direct digital synthesizer )techn ology.Its timing and logic func 2tion is fulfilled by CP LD.T he s oftware is based on a special Virtual Instrument S oftware Development K it —LabW ind ows/C VI.S o this generator has a friendly G UI and can operates ex pediently.T he waveform produced is of low distortion ,wide frequency range and high frequency res olving ability.K ey w ords :DDS;CP LD ;arbitrary waveform generator ;virtual instrument1 引言任意波形发生器的设计通常分为基于传统的设计方法和基于直接数字频率合成的设计方法两种。
基于DDS的任意信号发生器设计的开题报告
基于DDS的任意信号发生器设计的开题报告1. 研究背景和意义随着现代通信、测量、测试系统的发展，需要对不同频率范围的信号进行产生、放大、调制等操作。
信号发生器作为测试中的一种基础仪器，在通信、测量、测试等领域有着广泛的应用。
传统的信号发生器使用数字控制数据采样(DDS)技术，具有频率高、相位稳定性好、频谱非常纯净等优点。
然而，传统的DDS信号发生器设计复杂、成本昂贵等缺点，更重要的是，其设计往往需要硬件和软件相结合，而且缺乏统一的规范和标准。
基于DDS的任意波形发生器可用于产生任意复杂的波形，其核心部件是DDS芯片。
DDS芯片具有极高的频率稳定性和精度，而且能够产生非常复杂的信号。
基于DDS的任意波形发生器的出现，使得信号发生器的设计难度大为降低，功率装置的体积更小、更精准、更易于操作且功能更强大。
该仪器可用于无线通信、天气雷达分析、磁共振成像、声信号产生等从15MHz到14GHz的频率范围。
2. 设计内容和技术路线基于DDS的任意波形发生器的设计主要包括硬件设计和软件设计两个方面。
硬件设计在硬件设计上，需要选择合适的DDS芯片、功率放大器、输入输出接口等元器件，并将它们在PCB板上布局并完成设计。
其中，DDS芯片是整个系统的核心，需要选择高性能、高速、高精度的DDS芯片。
在功率放大器的设计方面，需要根据DDS芯片所产生的低频信号经过低通滤波后来驱动功率放大器，将低功率信号放大到要求的功率范围内再通过无线射频传输到接收端。
软件设计在软件设计方面，需要编程控制DDS芯片来产生任意复杂的波形，并完成通信接口的设计。
其中，需要使用熟悉的嵌入式开发环境，根据DDS 芯片特定的寄存器集，以及相应的驱动程序来实现DDS芯片的控制和操作。
同时，需要编写计算机控制程序，来与DDS芯片进行通信交互，完成用户所需的波形生成和输出操作。
技术路线整个设计技术路线如下：方案选择根据项目需求和技术储备选择最佳技术方案元器件选型硬件设计方案中选择合适的元器件，如DDS芯片、功率放大器等软件设计中选用熟悉的开发环境来编写相应的程序硬件设计安排选定元器件的布局，完成硬件电路设计软件设计编写通信控制程序，生成任意波形信号组装调试PCB制板、元器件焊接、组装调试，使硬件系统正常工作系统测试对系统功能进行综合测试，完成故障排除和优化调整验收和文档完成系统验收和技术文档的整理3. 预期成果和意义预期成果本设计旨在设计一款基于DDS的任意波形发生器，能够发生任意复杂的波形信号，并提供相应的通信接口。
基于DDS技术的信号发生器的设计与实现设计说明
唐山学院毕业设计设计题目：基于DDS技术的信号发生器的设计与实现系别：信息工程系2012年6月10 日基于DDS技术的信号发生器的设计与实现摘要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。
本设计采用单片机为核心处理器，利用键盘输入信号的参数，控制DDS的AD9850模块产生信号，信号的参数在LCD1602上显示，完成正弦信号和方波信号的输出，用示波器输出验证。
DDS是一种全数字化的频率合成器，由相位累加器、波形ROM、D/A转换器和低通滤波器构成。
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 的数据位字长和D/A转换器位数。
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与AD9850的高性能、高集成度相结合，可以克服传统DDS设计中的不足，从而设计开发出性能优良的信号发生器系统。
关键词：单片机直接数字频率合成 AD9850 DDSDesign and Implementation of the Signal Generator Based on DDS TechnologyAbstractDDS is Direct Digital frequency Synthesizer (Direct Digital Synthesizer) English abbreviations. Compared with the traditional frequency synthesizer, with low cost, DDS low power consumption, high resolution and fast converting speed time and so on, widely used in telecommunications and electronic instruments field, is to realize equipment full digital a key technology.This design uses the single chip processor as the core, using a keyboard input signal parameters, control of DDS AD9850 module produce signals, the signal parameters in LCD1602 show that the complete sine signal and square wave signal output, the output with an oscilloscope validation.DDS is A full digital frequency synthesizer, by phase accumulators, waveform ROM, D/A converter and low pass filter composition. The clock frequency after A given, the output depends on the frequency of the signalfrequency control word, the frequency resolution depends on accumulators digits, phase resolution depends on the ROM address line digits, amplitude quantization noise depends on the ROM data A word length and D/A converter digits. And the frequency of the traditional method than the synthesis, DDS synthesis signal has a frequency switching frequency of short time, high resolution and continuous phase changes, and many other advantages. Using single chip microcomputer control of the flexible ability and high performance, high level of integration of the AD9850 combination, can overcome the disadvantage of the traditional DDS design, to design the developed good performance of signal generator system.Key word:MCU; direct digital frequency synthesis;AD9850;DDS目录1 引言 (1)2DDS概要 (2)2.1DDS介绍 (2)2.1.1 DDS结构 (2)2.1.2典型的DDS函数发生器 (3)2.2DDS数学原理 (5)3 总体设计方案 (8)3.1系统设计原理 (8)3.2总体设计框图 (8)4 系统硬件模块的组成 (9)4.1单片机控制模块 (9)4.1.1 STC89C52主要性能 (9)4.1.2 STC89C52功能特性描述 (9)4.1.3 时钟电路 (11)4.1.4复位电路 (11)4.2AD9850模块 (12)4.2.1 AD9850简介 (12)4.2.2 AD9850的控制字与控制时序 (14)4.2.3单片机与AD9850的接口 (15)4.3滤波电路设计 (15)4.4键盘控制模块 (16)4.5LCD显示模块 (16)4.5.1液晶显示器显示原理 (16)4.5.2 1602LCD引脚与时序 (17)4.6A/D转换模块 (20)5 软件设计与调试 (21)5.1程序流程图 (21)5.2软件调试 (22)5.2.1 keil编程工具介绍 (22)5.2.2 STC-ISP下载工具介绍 (23)6 硬件电路制作 (24)6.1原理图的绘制 (24)6.2电路实现的基本步骤 (24)6.3硬件测试波形图 (25)7 结论 (27)辞 (28)参考文献 (29)附录 (30)外文资料 (43)1 引言在电子科技技术领域中，经常要用一些信号作为测量基准信号或输入信号，也就是所谓的信号源。
基于DDS的波形发生器设计.
基于DDS的波形发生器设计0引言随着信息技术的发展及测试对象不断丰富，现代电子系统对波形发生器也提出了更高的要求。
传统的模拟信号发生器已经不能满足客观要求，急需能产生用户定义波形的仪器。
伴随电子测量技术与计算机技术的紧密结合，一种新的信号发生器——任意波形发生器应运而生，它可产生由用户定义的任意复杂的波形，因而具有广阔的应用发展前景。
目前设计波形发生器的方法通常有三种：(1)传统的直接频率合成技术(DS)。
该类方法能实现快速频率变0 引言随着信息技术的发展及测试对象不断丰富，现代电子系统对波形发生器也提出了更高的要求。
传统的模拟信号发生器已经不能满足客观要求，急需能产生用户定义波形的仪器。
伴随电子测量技术与计算机技术的紧密结合，一种新的信号发生器——任意波形发生器应运而生，它可产生由用户定义的任意复杂的波形，因而具有广阔的应用发展前景。
目前设计波形发生器的方法通常有三种：(1)传统的直接频率合成技术(DS)。
该类方法能实现快速频率变换，具有低相位噪声以及所有方法中最高的工作频率。
但由于采用大量的倍频、分频、混频和滤波环节，导致其结构复杂、体积庞大、成本昂贵，而且容易产生过多杂散分量。
(2)锁相环式频率合成器(PLL)。
该类技术具有良好窄带跟踪特性，可选择所需频率信号，抑制杂散分量，且省去大量滤波器，有利于集成化和小型化。
但由于锁相环本身是个惰性环节，锁定时间较长，因而频率转换时间较长，且由模拟方法合成的正弦波的参数(如幅度、频率和相位等)都难以定量控制。
(3)直接数字式频率合成器(Direct Digital Fre-quency，DDS)。
该类方法具有高频率稳定度、高频率分辨率以及极短的频率转换时间。
此外，全数字化结构便于集成，输出相位连续，频率、相位和幅度均可实现程控，而且理论上能够实现任意波形。
1 DDS基本原理和特点1．1 DDS基本原理直接频率合成技术实际上是通过将存储的波形数据，通过特定算法，经过高速D／A转换器转换成所需要模拟信号的数字合成技术。
基于单片机的任意波形发生器的设计.doc
基于单片机的任意波形发生器的设计.1 绪论在当今这个时代人们的生活水平不断提高，而产生方波、正弦波、三角波等波形的发生器存在一定的缺陷，现在我们应该需要一种能产生任意波形的发生器，它不单能产生传统的波形，还能输出它的频率、周期等功能，并且它的分辨率要求也是比较高的，还能清晰的看出波形图的幅值跟频率。
因此，本设计中的信号发生模块选择AD9833,主控制器选择STC89C52单片机来实现，这些芯片就能完成了任意信号发生器的设计了。
1.1 课题背景及意义在最近几年出现了一个能产生任意波形信号源的发生器，这就是任意波形发生器。
任意波形发生器比之前的波形发生器还利用了数模转化和微处理器等功能。
任意波形发生器能够根据人们的要求显示出不同的波形，其中波形的周期也是可以变化的。
它也可以产生一般发生器显示的波形，比如方波，三角波，正弦波等稳定周期的波形。
伴随着人类的进步，在工业上、电子上的发展不断加快，使人们对信号需要更深透的理解。
通信的发展都需要不同的信号来测试，在研究生物学领域的时候，也要接触脑波信号跟神经信号等电信号。
所以，任意信号发生器部分的信号源是由自动化部分的系统跟较少的测试方案一起组成的。
这种发生器的发展越来越快，在电学跟非电学领域中发展也很快。
目前，大多数仪器设备开始朝着低功耗、便携式、智能化和多功能方向发展。
大多数新型的函数信号发生器都不再采用分立元件的方法，主要是因为采用分立元件制作的信号发生器的功耗较大，并且最终实现设计的体积也非常的大，此外这些信号发生器输出频率稳定度和精度都较差。
DDS技术的出现为智能化、高精度和高稳定度的信号发生器的设计奠定了基础。
DDS技术是一种全数字频率合成技术。
它是利用一段数据链来通过数模转换而产生之前所确定的一个模拟信号，原因是它没有锁相环跟震荡元件的环节。
为了能使显示出来的信号频率与它的转换速度为准确的，这就得需要将它的方法跟理论结合起来，才能确保它的功能正常工作。
基于DDS的多波形发生器设计【文献综述】
毕业论文文献综述电子信息工程基于DDS的多波形发生器设计摘要：随着信息技术的发展，现代电子系统对波形发生器提出了更高的要求。
直接频率合成技术(DDS)以其高分辨率等特点，得到越来越多的重视。
DDS同 DSP（数字信号处理）一样，是一项关键的数字化技术。
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。
本文主要是关于DDS技术的发展、特点及常用芯片的介绍。
关键词：DDS；波形发生器；频率合成器。
一、DDS技术简介：近年来，通信技术特别是无线电通信技术取得了迅速的发展，与此同时通信、雷达、电子对抗、导航、广播电视、遥控遥测、仪器仪表等各领域的专用信号源获得了长足的发展，表现为载波调制方式趋于多样化，从调幅、调频、调相到脉冲调制。
如果采用多台信号源获得所需要的信号显然是很不方便的。
因此需要研制一种新型的信号源，使其能够产生任意频率的载频信号和多种调制信号，这就要靠直接数字合成(DDS，Direct Digital Synthesize)【1】技术来实现。
DDS的核心部分是频率合成器，频率合成器一般分为直接式、间接式和直接数字式三种基本类型【2】。
直接数字频率合成(DDS)是近年来发展起来的一种新的频率合成技术，其主要优点是相对带宽很大，频率转换时间极短(可小于20 ns)，频率分辨率很高，全数字化结构便于集成，输出相位连续可调，且频率、相位和幅度均可实现程控．DDS能够与计算机技术紧密结合在一起，克服了模拟频率合成和锁相频率合成等传统频率合成技术电路复杂、设备体积较大、成本较高的不足，因此它是一种很有发展前途的频率合成技术【3-4】．DDS技术现已在接收机本振、信号发生器、通信系统、雷达系统等方面得到广泛应用．数字频率合成器作为一种信号产生装置己经越来越受到人们的重视，它可以根据用户的要求产生相应的波形，具有重复性好、实时性强等优点，己经逐步取代了传统的函数发生器。
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1 DDS概述
1．1 DDS基本原理
直接数字合成技术(Direet Digital Synthesis，简称DDS)是建立在采样定理基础上，
首先对需要产生的波形进行采样，将采样值数字化后存入存储器作为查找表，然后通过查表
读取数据，再经D／A转换器转换为模拟量，将保存的波形重新合成出来。DDS基本原理框图
如图1所示。
由图l看出，除了滤波器(LPF)之外，DDS系统都是以数字集成电路实现，因此DDS系统
易于集成和小型化。DDS系统的参考时钟源通常是一个具有高稳定性的晶体振荡器，整个系
统的各个组成部分提供同步时钟。频率字(FSW)实际上是相位增量值(二进制编码)，作为相位
累加器的累加值。相位累加器在每一个参考时钟脉冲输入时，累加一次频率字，其输出相应
增加一个步长的相位增量。由于相位累加器的输出连接在波形存储器(ROM)的地址线上，因此
其输出的改变就相当于查表。这样就可把存储在波形存储器内的波形抽样值(二进制编码)经
查找表查出。ROM的输出送到D／A转换器，经D／A转换器转换成模拟量输出。
1．2 DDS的基本参数及其计算
在系统时钟脉冲的作用下，相位累加器不停累加，即不停查表，把波形数据送到D／A
转换器转换成模拟量输出，从而合成波形。滤波器则进一步平滑D／A转换器输出的近似正弦
波的锯齿阶梯波，同时衰减不必要的杂散信号。设频率字(FSW)的值为d，系统时钟频率为f，
相位累加器的字长为N，则系统的输出频率为：
2 任意波形发生器的设计方案
基于DDS技术的任意波形发生器主要由微处理器控制模块、键盘与显示模块、DDS通道
的FPGA实现模块、D／A转换模块以及滤波器模块组成。同时片外扩展了4 KB程序存储器SRAM
和6 KB数据存储器ROM，分别用于存储波形抽样数据和3种标准输出波形抽样数据。本系统
设计原理如图2所示。
2．1 微处理器控制模块
采用AT89C5l单片机完成数据处理和控制其他电路工作。将键盘接收的数据通过特定算
法转换成二进制码，再将处理后的控制字、波形参数和其他器件的控制信号发送出去。
由于AT89C5l单片机主要接口有：微处理器与扩展器件的接口；微处理器与FPGA模块的
接口；微处理器与键盘、显示模块的接口；微处理器与输出幅值调节电路的接口。由于单片
机的输出引脚有限，需扩展其引脚。本设计采用8255器件扩展单片机的输出引脚，8255的
PA用于相位控制字的输出；PB用于频率控制字的输出；PC是位可控输出端，用于DDS工作
方式的控制字和波形参数的控制字输出引脚。AT89C5l单片机与FPGA的接口电路如图3所示。
2．2 键盘与显示模块
由于本系统设计的测量装置需要设置输出波形、频率、电压等参数，而且监控程序需要
菜单驱动，因此需要设置键盘。键盘采用外接4×4软键盘，使用软件扫描方式获得按键信息。
因为按键需要去抖动，因此采用软件编程方式实现，这样可以节省硬件资源，简化电路设计。
液晶显示可提供人机交互界面和系统运行状态，选用精工的MGLS 19264液晶显示屏。该
液晶显示屏内置2块HD61202U液晶显示驱动控制器。其中CSA，CSB作为左、右屏片选信号，
接单片机A8、A9引脚。同时单片机用地址Al作为R／W信号控制数据总线的数据流向；地址
AO作为D／I信号控制寄存器的选择；E信号由单片机的读信号RD和写信号WR合成产生，实
现计算机对内置HD61202U图形液晶显示模块的电路连接。电位器用来调节显示屏的对比度，
如图4所示。
液晶显示左半屏命令字地址为0EOOH；状态字地址为0EIOH；写显示命令字地址为0E0lH；
读显示命令字地址为0EllH；右半屏对应地址为0D00H、0D10H、0D0lH、0DllH。
2．3 DDS通道的FPGA实现模块
该模块设计是DDS信号合成的关键部分，主要由相位累加器、地址总线控制器、数据总
线控制器与SRAM组成。其中，除了SRAM外，其余3个模块都由FPGA实现。
相位累加器是整个DDS系统的关键，直接影响整个系统的功能。图5给出的FPGA结构框
图中相位累加器实质上是一个带反馈的29位加法器，它把输出数据作为反馈数据和由微处理
器送来的频率控制字连续相加，从而产生有规律的29位相位地址码。设计中采用流水线技术
实现29位加法。当输入所需频率时，转换成频率控制字来驱动FPGA工作，从而产生所需波
形频率。整个模块设计过程使用FPGA的开发软件实现并进行仿真。
2．4 D／A转换模块
D／A转换器是DDS系统的核心器件，其速度和特性直接影响整个系统的性能。从建立时
间、尖峰脉冲能量、位数和积分线性等四个方面选择D／A转换器。因为DDS系统的工作频率
一般都很高，因此首先应选用高速D／A转换器。其次是考虑信噪比问题，增大D／A转换器
的位数，可减小电压幅值量化误差，增大信噪比，因此，采用了12位的D／A转换器。
2．5 滤波器模块
滤波器分为两组：一组是椭圆函数滤波器，用于正弦波的滤波；另一组是线性滤波器，
用于其他标准波形的滤波。
3 结语
本系统设计的DDS电路采用FPGA实现，单片机控制整个系统，产生任意波形。因此，基
于DDS技术的波形发生器结构简单，成本低，而且提高了信号源输出信号的分辨率。使用FPGA
设计的DDS电路要比采用专用DDS器件更灵活，性价比更高。但在设计时应注意线路板的布
线，以减少外界干扰，降低输出信号的杂散性。
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