直接數(shù)字頻率合成器預(yù)習(xí)報告參考word

1、直接數(shù)字頻率合成器（Direct Digital Frequency Synthesizer）是一種基于全數(shù)字技術(shù)，從相位概念出發(fā)直接合成所需波形的一種頻率合成技術(shù)。是一種新型的頻率合成技術(shù).具有相對帶寬大,頻率轉(zhuǎn)換時間短,分辨力高,相位連續(xù)性好等優(yōu)點,很容易實現(xiàn)頻率,相位和幅度的數(shù)控調(diào)制,廣泛應(yīng)用于通訊領(lǐng)域.實驗要求利用QuartusII軟件和SmartSOPC實驗箱設(shè)計一個頻率及相位均可控制的具有正弦和余弦輸出的直接數(shù)字頻率合成器（Direct Digital Frequency Synthesizer 簡稱DDFS或DDS）。DDS主要由頻率預(yù)置與調(diào)節(jié)電路、累加器、波形存儲器、D/A轉(zhuǎn)換

2、器、低通濾波器構(gòu)成。其組成原理如下圖所示： 圖2.1 DDS基本結(jié)構(gòu)圖(1)頻率預(yù)置與調(diào)節(jié)電路作用：實現(xiàn)頻率控制量的輸入；不變量K被稱為相位增量，也叫頻率控制字。頻率控制字的值可以由EDA實驗系統(tǒng)提供的若干個開關(guān)直接輸入，也可以由一個外部開關(guān)控制計數(shù)器產(chǎn)生相應(yīng)的頻率控制字。(2)累加器圖2.2 累加器原理圖累加器原理圖如圖2.2所示，它由N位加法器N位寄存器構(gòu)成。每來一個時鐘，加法器就將頻率控制字K與累加相位數(shù)據(jù)相加，相加的結(jié)果有反饋送至寄存器的數(shù)據(jù)輸出端，以使加法器在下一個時鐘脈沖的作用下繼續(xù)與頻率控制字相加。這樣，相位相加器在每一個時脈沖輸入時，把頻率控制字累加一次，相位累加器的溢出頻率就

3、是DDS輸出的信號頻率。由于相位累加器為N位，相當于把正弦信號在相位上的精度定為N位（N的取值范圍一般為24-32），所以分辨率為1/推薦精選 ，若系統(tǒng)基準時鐘頻率為，頻率控制字K為1，則DDS輸出最小頻率為=/ ；DDS輸出的最高頻率由 Nyquist采樣定理決定，即/2（K的最大值為2N-1）；若K為B，則輸出頻率為：=B/ 。(3)波形存儲器圖2.3 波形存儲器用相位累加器輸出的數(shù)據(jù)作為波形存儲器（ROM）相位取樣地址，這樣就可把存儲在波形存儲器內(nèi)的波形抽樣值（二進制編碼）經(jīng)查找表查出，完成相位到幅值轉(zhuǎn)換。N位的尋址ROM相當于把的正弦信號離散成具有個樣值的序列，若波形ROM有D位數(shù)據(jù)位

4、，則個樣值的幅值以D位二進制數(shù)值固化在ROM中，按照地址的不同可以輸出相應(yīng)的正弦信號的幅值。選取ROM的地址（即相位累加器的輸出數(shù)據(jù)）時，可以間隔選項，相位寄存器輸出的位數(shù)N一般取10-16位，這種載取方法稱為截斷式用法，以減少ROM的容量。N太大導(dǎo)致ROM容量的成倍上升，而輸出精度受D/A位數(shù)的限制未有很大改善。(4)D/A轉(zhuǎn)換器D/A轉(zhuǎn)換器的作用：把已經(jīng)合成的正弦波的數(shù)字量轉(zhuǎn)換成模擬量。正弦幅度量化序列經(jīng)D/A轉(zhuǎn)換后變換成了包絡(luò)為正弦波的階梯波。波形存儲器的輸出送到D/A轉(zhuǎn)換器，由D/A轉(zhuǎn)換器將數(shù)字信號轉(zhuǎn)換成模擬信號輸出。推薦精選圖2.4 D/A轉(zhuǎn)換器的輸出信號波形(5) 低通濾波器濾除生

5、成的階梯形正弦波中的高頻成分，將其變成光滑的正弦波。頻率和相位均可控制的具有正弦和余弦輸出的DDS核心單元電路示意圖如下圖所示： 其中,最后的10位D觸發(fā)器起到穩(wěn)定輸出的作用,可以防止電路出現(xiàn)冒險現(xiàn)象.實驗設(shè)計要求：1、基本設(shè)計要求：利用QuartusII軟件和SmartSOPC實驗箱實現(xiàn)DDS的設(shè)計；DDS中的波形存儲器模塊用Altera公司的Cyclone系列FPGA芯片中的RAM實現(xiàn)，RAM結(jié)構(gòu)配置成21210類型；具體參數(shù)要求：頻率控制字K取4位；基準頻率fc=1MHz,由實驗板上的系統(tǒng)時鐘分頻得到；推薦精選系統(tǒng)具有清零和使能的功能；利用實驗箱上的D/A轉(zhuǎn)換器件將ROM輸出的數(shù)字信號轉(zhuǎn)換為模擬信號，能夠通過示波器觀察到正弦波形；通過開關(guān)（實驗箱上的Ki）輸入DDS的頻率和相位控制字，并能用示波器觀察加以驗證；2、提高設(shè)計要求：通過按鍵（實驗箱上的Si）輸入DDS的頻率和相位控制字，以擴大頻率控制和相位控制的范圍；(注意：按鍵后有消顫電路)能夠同時輸出正余弦兩路正交信號；在數(shù)碼管上顯示生成的波形頻率；充分考慮ROM結(jié)構(gòu)及正弦函數(shù)的特