DDS实验报告南理工优秀.docx

DDS实验报告南理工优秀.docx

《DDS实验报告南理工优秀.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《DDS实验报告南理工优秀.docx（28页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

DDS实验报告南理工优秀

DDS实验报告-南理工-优秀

电子线路课程设计

——DDS直接频率合成器

学院：

电子信息与光电技术学院

学号：

姓名：

指导老师：

谭雪琴

完成时间：

2014.11.24~2014.11.28

摘要

本次实验利用DDS技术原理，设计了一个基于QuartusII7.1软件和SmartSOPC实验系统的直接数字频率合成器，能够输出多种波形：

正弦波、余弦波、方波、三角波、锯齿波。

并且可以通过开关输入四位的频率控制字来改变采样频率和输入四位的相位控制字来改变波形的相位。

添加测频和译码显示模块，可以将测得输出波形的频率、频率控制字及相位控制字通过数码管显示出来。

然后利用正弦信号的对称性质，实现ROM的空间节省。

最后利用AM调制原理设计实现基于DDS的AM调制功能。

在利用QuartusⅡ进行相应的设计、仿真、调试后下载到SmartSOPC实验实现D/A转换，验证实验的准确性，并用示波器观察输出波形。

关键词：

直接数字频率合成器频率控制相位控制测频

节省空间ROMAM调制

Abstract

Adirectdigitalfrequencysynthesizer（DDS）basedonQuartusIIsoftwareandSmartSOPCexperimentalsystemwhichcanoutputavarietyofwaveforms:

sine,cosinewave,squarewave,trianglewave，sawtoothwavewasdesigned.Anditcaninputfour-widthfrequencycontrolwordusingswitchtochangethesamplingfrequencyandfour-widthphasecontrolwordtochangethephaseofthewaveform.Alsothefrequencymeasuringanddisplaydecodingmoduleareadded,sothefrequencyoftheoutputwaveform，frequencycontrolwordandphasecontrolwordcanbemeasuredanddisplayedbythedigitaldisplay.Basedonthebasicdesign,Ialsodesignextrafunctions,includingROMmemorysavingbyutilizingthesymmetryofsineandAMmodulationbasedonDDS.

Afteralltheworkfinishedoncomputer,IdownloadedthefinalcircuittoSmartSOPCexperimentsystemtorealizethetransformationofD/A,andthentesttheaccuracyofthedesignbymeansofoscilloscopeobservingthewaveforms.

Keywords:

DDSFrequency-controllingPhase-controllingFrequency-measuring

ROMmemorysavingAMmodulation

一、设计要求说明……………………………………………….4

二、方案论证………………………………………………………5

1、DDS概念

直接数字频率合成器（DirectDigitalFrequencySynthesizer）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

1）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。

2）累加器 

相位累加器的组成=N位加法器+N位寄存器；

作用：

在时钟的作用下，进行相位累加。

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=fCK/2N；

DDS输出的最低频率：

K=1时，fC/2N

DDS输出的最高频率：

由Nyquist采样定理决定，即fC/2；

K的最大值为2N-1，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。

\

3）波形存储器

作用：

进行波形的相位—幅值转换。

原理：

ROM的N位地址：

把0°—360°的正弦角度离散成具有2N个样值的序列

ROM的D位数据位：

把2N个样值的幅值量化为D位二进制数据（有符号数）

4）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。

5）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。

三、基础电路子模块设计原理

1、分频电路

通过分频电路将48MHz的脉冲分为1MHz，1KHz，1Hz和0.5Hz。

其中，1MHz脉冲频率为累加器电路中的寄存器时钟信号、1KHz脉冲频率为动态译码显示电路提供频率，1Hz脉冲频率为频率、相位控制电路、模16电路提供频率，0.5Hz脉冲频率为测频电路提供频率。

注意：

因为太多的异步会导致最后实际分频出的信号产生误差，所以将EDA2中通过2分频、3分频级联产生48分频，用10分频级联产生1000分频的方案改成同步置数，直接搭出48分频，1000分频。

12分频电路

使用D触发器，把D与Q非连接在一起，并保证其他端口处于正常工作状态，在一个时钟范围内变化两次，达到2分频的目的。

仿真结果：

248分频电路

用两块74160来实现十进制计数，左别的一块记个位，右边的记十位。

将十位的Qc作为输出端，并且在记到48即个位QaQbQc和十位Qc均为1时，重新置数0。

仿真结果：

封装后，如图：

31000分频电路

3片74160分别表示个位、十位、百位，以百位的Qd作为输出端。

仿真结果：

封装后，如下图：

分频总电路图：

仿真结果：

封装后，如下图：

2、频率（相位）预置与调节电路的设计

频率预置与调节电路由1片模16的74161计数器组成，1Hz信号输入让其变化。

通过开关K1和K2分别控制清零和保持端，以便计数到需要值时保持或清零。

频率频率预置与调节电路实现频率控制量（步长）的输入。

相位预置电路同频率预置电路完全相同，用K3和K4分别控制相位清零和保持。

电路图如下图：

仿真结果：

封装后，如下图：

其中，keep为频率保持端

clear为频率清零端

1hz为1hz信号输入端

K[3..0]为频率控制字的大小

3、累加器的设计

累加器由3片7483全加器和3片74175寄存器构成。

每来一个时钟脉冲，加法器就将步长与寄存器输出的累加相位数据相加，再把相加后的结果送至寄存器的数据输入端。

寄存器将加法器在上一个时钟作用后所产生的相位数据反馈到加法器的输入端；以使加法器在下一个时钟作用下继续与频率控制字进行相加。

这样，相位累加器在时钟的作用下，进行相位累加。

当相位累加器达到满量时就会产生一次溢出，完成一个周期性的动作。

因为ROM中设定的相位取样地址为12位，而本实验中我们取频率控制字K=4，所以将频率步长k[3..0]加在低4位，高8位置0。

第一片7483产生的进位进入到第二片7483进行累加，依次往后从而实现累加的过程。

电路图如下图：

仿真结果：

封装后，如下图：

4、相位控制电路

相位控制电路实现对产生波形相位进行控制。

该电路由1片74175和3片7483构成的12位全加器组成。

相位控制字从74175输入端输入，送入12位加器器7483的高四位，低8位置零，这样相位的变化能更明显。

电路图如下：

仿真结果：

封装后，如下图：

5、波形存储器ROM的设计

波形数据表ROM用于存放波形数据，这里用它存放正弦波、余弦波、三角波、方波、锯齿波的波形数据。

每一位地址对应一个数值，输出为10位。

ROM中必须包含完整的波形采样值，本实验采样2^12个点。

用相位控制电路输出的数据作为波形存储器的取样地址，进行波形的相位—幅值转换，即可在给定的时间上确定输出的波形的抽样幅值。

10位二进制数值固化在ROM中，按照地址的不同可以输出相应相位的信号的幅值。

利用下面的波形函数，通过C++编程得到生产ROM的*.mif文件。

正弦波函数：

存储数据=round（sin（n*2π/4096））*512+512

余弦波函数：

存储数据=round（cos（n*2π/4096））*512+512

round（n/2）+512,0≤n≤1023

三角波函数：

存储数据=1024-round（n/2）+512,1023

round（n/2）-2048+512，3071

锯齿波函数：

存储数据=round（n/4）

方波函数：

存储数据=1023，0≤n≤2047

0,2047

建立ROM封装电路步骤如下：

1、新建BlockDiagram/SchematicFile文件，在名称栏输入lpm_rom，并点击OK；

2、在输出文件类型中选择VHDL，填写对应ROM文件的文件名，点击Next；

3、Wide和Memeory分别设置为10bit和4096words，点击Next；

4、在Filename中选择对应*.mif文件路径，点击Next,再点击Finish，结束创建。

以上5种不同波形的ROM的创建方式均相同，可以得到封装好的ROM如下图所示：

6、节省ROM电路

节省ROM空间电路实现用四分之一的波形数据产生整个周期的波形的电路。

将正弦波0~π/2波形数据（1024个）存入ROM中，为了由仅有的1/4波形产生整个周期的波形，采用地址取反和输出取反的方法，最后通过选择电路将4个不同的1/4波形组合起来产生一个完整周期的正弦波。

取反电路：

地址取反：

输出取反：

地址输出取反：

节省ROM电路:

（为避免输出波形有毛刺，所以设计了两个寄存器来消除毛刺）

封装后，如下图：

7、测频电路

测频电路实现对正弦波输出频率的测量，该电路的输出端接到译码显示电路中，使测频的数据在数码管上显示出来。

ROM中存有正弦波的量化的幅度值，取值变化范围为0—1023。

幅度值输出的最高位每个周期由0-1的变化只有一次，因此可以利用这个变化来测试频率。

只要测试出一秒中其变化的次数即是其输出正弦波的频率。

利用一个计数器记录下这期间的脉冲个数，就可以实现测频。

由于采用频率字采用四位，基本脉冲频率为1MHz，所以这个信号源提供的正弦波的频率范围为0—3662Hz。

测频电路的电路图如下：

仿真结果：

封装后，如下图：

8、不同波形选择电路

波形选择电路实现在余弦、三角波、方波和锯齿波中选择一个波形输出，该电路由5片双4选1数据选择器74153组成。

通过开关K5和K6控制数据选择器地址端，来选择波形。

电路如图：

仿真结果：

封装后，如下图：

9、模16电路

两片74160构成模16计数器，来记频率和相位的步长，然后通过译码显示电路显示。