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北京信息科技大学
自动化学院
实 验 报 告
课程名称 综合电子设计
实验名称 DDS信号发生器电路设计
实验仪器 DE2开发板,QuartusⅡ,示波器等
专 业 自动化
班级/学号 自控0901/
学生姓名
实验日期 2012-4-16~2012-4-27
实验地点 小营校区实验室1-7-102
成 绩
实验目的
了解电子电路设计的一般方法、根据题目要求选择设计方案。
根据理论计算分析,查阅相关资料和手册,选择电子元器件。
学会使用电子设计自动化软件对电路进行设计、分析、验证。利用可编程逻辑器件实现电路的设计、仿真、下载。
熟练使用常用电子仪器(示波器、万用表、信号发生器等)对电路进行测试。
写出符合要求的课程设计报告。
实验设备
DE2开发板、Quartus II 9.1 (32-Bit)、示波器、PC机等
实验内容:
基本内容:
了解FPGA器件工作原理及DE2开发板结构
学习QUARTUS软件电路设计及仿真下载方法;
利用DDS技术完成正弦波信号发生器电路设计。
基本要求:信号频率输出范围50HZ~100KHZ,步长0.5HZ或50HZ,频率可调。
用QUARTUS软件进行仿真分析且下载验证。
扩展内容:
增加脉冲信号或三角波信号的输出;
频率步长分为1HZ、10HZ、100HZ、1KHZ 、10KHZ 多档位调整;
输出波形幅度可调;
完成在数码管上数字频率显示功能;
自扩展功能 … …
DDS简介
直接数字合成(Direct Digital Synthesis,DDS)是一种应用数字技术来实现产生信号波形的方法。DDS技术建立在采样定理的基础之上,他首先对产生的信号波形进行采样和量化,然后存入存储器作为待产生信号波形的数据表(即rom)。在输出信号波形时,从数据表中依次读出数据,产生数字化的信号,再经过D/A转换形成所需要的模拟信号波形(本实验采用AD0832转换芯片)。
根据上述描述,要想改变信号的频率只需要改变扫描rom表的频率即可,而这可以通过改变频率控制字来实现。
要想产生不同类型的信号,只需要让他扫描不同信号对应的rom表即可,而这可以通过制作多个rom表,利用DE2开发板上的相关按键或者开关来产生选通来实现。
相对于其他信号产生技术而言(),具有输出信号的采样频率固定、全数字化、易于控制、可编程、输出相位连续和频率转换时间短等优点。
直接数字频率合成器原理框图
本次设计采用DE2开发板上的固定时钟为50MHz,此时钟经过二次分频后在对rom表进行扫描,产生数字信号,经过D/A转换后即可产生所需模拟信号。为了达到更好的效果再用低通滤波器进行滤波以去掉各种高频干扰。如下图:
上图中,需要设计频率控制字、累加器、加法器、正弦查找表、D/A转换电路、低通滤波。各部分组成及原理如下:
相位累加器与加法器
DDS系统的核心是相位累加器。相位累加器由N位加法器与N位累加寄存器级联构成,其原理框图下图所示。每来一个时钟脉冲Fc,N位加法器将频率控制数据K与累加寄存器输出的累加相位数据相加,把相加后的结果Y送至累加寄存器的输入端。累加寄存器一方面将在上一时钟周期作用后所产生的新的相位数据反馈到加法器的输入端,以使加法器在下一时钟的作用下继续与频率控制数据K相加;另一方面以相加后的结果形成正弦查询表的地址,取出表中与该相位对应的单元中的幅度量化正弦函数值,作为取样地址值送入幅度/相位转换电路。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,完成相位到幅值转换。
相位累加器原理框图
由此可以看出,相位累加器在每一个时钟脉冲输入时,把频率控制字累加一次,相位累加器输出的数据就是合成信号的相位。当相位累加器加满量时就会产生一次溢出,溢出频率就是DDS输出的信号频率。
相位累加器的最大计数长度与正弦查询表中所存储的相位分隔点数相同,在取样频率(由参考时钟频率决定)不变的情况下,由于相位累加器的相位增量不同,将导致一周期内的取样点数不同,输出信号的频率也相应变化。如果设定累加器的初始相位,则可以对输出信号进行相位控制。由采样原理可知,如果使用两个相同的频率合成器,并使其参考时钟相同,同时设定相同的频率控制字、不同的初始相位,那么在原理上就可以实现输出两路具有一定相位差的同频信号。
正弦查找表ROM
波形存储器(即,正弦 ROM 查找表
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