基于DDS的移相正弦信號發(fā)生器設計

基于DDS的移相正弦信號發(fā)生器設計一．設計原理1.1利用DDS產(chǎn)生正弦波信號的工作原理由DDS產(chǎn)生頻率、相位可控制的正弦波。頻率累加器對輸入信號進行累加運算，產(chǎn)生頻率控制數(shù)據(jù)M(或相位步進量）。讀出的數(shù)據(jù)送入D/A轉(zhuǎn)換器和低通濾波器以恢復實際波形。頻率控制字M和相位控制字分別控制DDS輸出正(余)弦的頻率和相位。DDS系統(tǒng)的核心是相位累加器，它由一個累加器和一個N位相位寄存器組成。每來一個時鐘脈沖，相位寄存器以步長M增加。相位寄存器的輸出與相位控制字相加，其結(jié)果作為正(余)弦查找表的地址。ROM查找表中儲存著一個完整周期的正弦波數(shù)字幅度信息，，每個查找表的地址對應正弦波中O一360度范圍中的一個相位點。ROM查找表把輸入的地址信息映射成正(余)弦幅度信號，同時輸出數(shù)模轉(zhuǎn)換器(DAC)的輸入端，DAC輸出的模擬信號經(jīng)過低通濾波器(LPF)，可得到一個頻譜純凈的正(余)弦波。從而實現(xiàn)正弦波信號的產(chǎn)生。直接數(shù)字合成DDS的可移相數(shù)字信號發(fā)生器原理圖：1.2DDS的數(shù)字移相原理DDS技術(shù)的核心是相位累加器，它類似一個計數(shù)器.每來一個時鐘信號，相位累加器的輸出就增加一個步長的相位增量，相位增量的大小由頻率控制字確定.經(jīng)DDS輸出的信號可描述為(1)其中，Sout為經(jīng)DDS輸出的信號，fout為對應的輸出頻率，時間t是連續(xù)的。為便于數(shù)字邏輯描述該表達式，需進行離散化處理，用基準時鐘信號clk進行抽樣，設正弦信號的相位φ=2πfoutt，而在一個時鐘周期Tclk相位φ變化量為（2）式(2)中，fclk是clk的頻率，對于2π可以看成是滿相位的1為了對輸出的相位進行控制，通過一個常數(shù)P來實現(xiàn)，而每個clk周期的相位增量Δθ用P來表示，即Δθ=P·Δφ式1與式(2)聯(lián)立可得（3）顯然，信號發(fā)生器的輸出可描述為上式中，φ代表正弦信號發(fā)生器原始相位值，可看出，對相位值進行簡單的累加運算，就可以得到正弦信號當前相位值，也就得到了DDS輸出的正弦信號。即實現(xiàn)了移相功能。二．設計程序在EDA工具軟件平臺上，以硬件描述語言VHDL為系統(tǒng)邏輯描述手段完成的設計文件，自動地完成邏輯編譯、邏輯化簡、邏輯分割、邏輯綜合、結(jié)構(gòu)綜合以及邏輯優(yōu)化和仿真測試，直至實現(xiàn)既定的電子線路系統(tǒng)功能。2.2各設計模塊的程序源代碼本設計中DDS正弦信號發(fā)生器有32位、10位加法器，32位、10位寄存器，有正弦波存儲器組成。電路模型圖如下：數(shù)字移相信號發(fā)生器電路模型圖“FWORD”是8位頻率控制字，控制輸出正弦信號的頻率；“PWORD”是8位相移控制字，控制輸出正弦信號的相移量；ADDER32B和ADDER10B分別為32位和10位加法器；SIN_ROM是存放正弦波數(shù)據(jù)的ROM，10位數(shù)據(jù)線，10位地址線，其中的數(shù)據(jù)文件是LUT10X10.mif，可由MATLAB直接生成；REG32B和REG10B分別是32位和10位寄存器；POUT和FOUT分別為10位輸出，可以分別與兩個高速D/A相接，他們分別輸出參考信號和可移相正弦波信號。將DDS正弦信號發(fā)生器設計其頂層文件程序?qū)耄瑢⒁陨蠋讉€模塊放在同一個文件夾下，建立工程、分析綜合、引腳分配、布局布線、配置下載。三．實驗結(jié)果對于數(shù)字移相正弦信號發(fā)生器構(gòu)建的頂層電路圖，在QUARTUSⅡ5.0軟件中進行仿真，得到仿真波形圖如圖2所示。輸出的Pout是基準沒有經(jīng)過移相的正弦信號數(shù)據(jù)，而P作為相移控制字，它直接控制相移的步長，從而控制DDS數(shù)字移相正弦信號發(fā)生器相移的大小，q是相移后的正弦波形數(shù)據(jù)。采用頻率控制字為1，以便相位累加器出來的地址數(shù)據(jù)能遍歷每一個采樣地址。從圖2中可以知道，在Pout為2.26μs時，q是530；而在Pout為2.28μs時，q是530，均能準確地反映P=4時正弦相移的情況。圖2仿真波形測試正弦