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DDS函数信号发生器的设计与实现

更新时间:2010-3-21:  来源:毕业论文

DDS函数信号发生器的设计与实现
一、 主要功能要求:
1、 设计任务
(1) 正弦波、三角波、方波、锯齿波输出频率范围:1KHZ~1MHZ
(2) 具有频率设置功能,频率步骤:100HZ;
(3) 输出信号频率定度:优于10 ^4
(4) 输出电压幅度:在5K负载电阻上的电压峰——峰值Vopp≧1V;
(5) 失真度:用示波器观察使无明显失真。
2、 基本要求:
(1) 掌握采用FPGA硬件特性、及软件开发工具MAXPLUSII的使用。
(2) 掌握DDS函数信号发生器的原理,并采用VIIDL语言设计DDS内核单元。
(3) 掌握单片机与DDS单无连接框图原理,推导出频率控制字、相位控制字的算法。
(4) 设计键盘输入电路和程序并调试。掌握键盘和显示(LCD1602)配合使用的方法和技巧。
(5) 掌握硬件和软件联合调试的方法。
(6) 完成系统硬件电路的设计和制作。
(7) 完成系统程序的设计。
(8) 完成整个系统的设计、调试和制作。
(9) 完成课程设计报告。
3、 提高部分:
(1) 三角波、方波输出频率范围:1KHZ~1MHZ;
(2) 产生二进制PSK、ASK信号:再50KHZ固定频率载波进行二进制键控,二进制基带序列码速率固定为10Kbps,二进制基带序列信号自行产生。(3) 设计高速DA转换电路。
4、 发挥部分:
(1) 对数据频率进行倍频。
二、 整体设计框图及整机概述:
1、 DDS的实现原理:
它建立在采样定理的基础上,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,然后再通过查表将数据读出,经过D/A转换器转换成模拟量,把存入的波形重新合成出来.
2、整体设计框图 
图一 DDS函数信号发生器系统框图结构
3、整机概述:
整个DDS信号发生器由单片机子系统,DDS子系统,模拟子系统三部分组成。
单片机子系统由单片机、人机接口组成,人机接口由液晶显示器和键盘组成,通过键盘选择信号波形和输入信号频率,液晶用来显示波的类型和波当前的频率值。
DDS子系统由FPGA和高速D/A转换器组成,是DDS信号发生器的核心部分。DDS的一些功能模块由频率字寄存器,32位移位寄存器,32位累加器,32位存储器,ROM波形查找表,数据选择器,DAC控制逻辑均由FPGA实现。
模拟子系统由低通滤波器、放大电路组成。
三、 各硬件单元电路的设计、参数分析及原理说明
1、 DDS信号发生器设计
正弦信号发生器,它的输出可以用下式来描述:
          ①用基准时钟CLK进行抽样,令正弦信号的相位:
   在一个CLK周期Tclk,相位的变化量为:
                ②    (Tclk=1/fclk)
为了进行数字量化,把切割成2N份,由此每个CLK周期的相位用量化值来表述:
且                              ③将②式代入③式得
经变换后得   
信号发生器的输出可描述为:                               ⑥
其中    指前一个clk周期的相位值,同样得出
基本DDS结构的常用参量计算
(1) DDS的输出频率fout。
(2) DDS的频率分辨率       
 (3) DDS的频率输入字           计算   
注意         要取整,有时会有误差
 DDS由相位累加器、正弦查找表、D/A转换器和低通滤波器组成,其原理如图2所示。902

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