简易DDS频率合成器设计

1、目录 TOC o 1-5 h z HYPERLINK l bookmark24 o Current Document 第一章系统分析与设计方案1DDS设计原理介绍 1 HYPERLINK l bookmark27 o Current Document 1.2直接数字式频率合成器（DDS）的基本结构 1 HYPERLINK l bookmark33 o Current Document 1.3基本DDS结构的常用参量计算1. HYPERLINK l bookmark36 o Current Document DDS 的输出频率 fout o1. HYPERLINK l bookmark40 o

2、Current Document DDS产生的相位。 1. HYPERLINK l bookmark43 o Current Document DDS的频率分辨率。1. HYPERLINK l bookmark46 o Current Document DDS的频率输入字FW计算。21.4 DDS的工作原理2. HYPERLINK l bookmark52 o Current Document 相位累加器与频率控制字FW2. HYPERLINK l bookmark55 o Current Document 相位控制字PW2. HYPERLINK l bookmark58 o Current

3、Document 第二章软件设计3Verilog HDL 程序3. HYPERLINK l bookmark67 o Current Document 8位加法器程序代码 3. HYPERLINK l bookmark64 o Current Document 16位加法器程序代码 3. HYPERLINK l bookmark71 o Current Document 8位寄存器程序代码 3. HYPERLINK l bookmark75 o Current Document 16位寄存器程序代码 4. HYPERLINK l bookmark79 o Current Document dd

4、s代码程序4. HYPERLINK l bookmark83 o Current Document ROM 的创建4. HYPERLINK l bookmark87 o Current Document 第三章实验仿真5 HYPERLINK l bookmark90 o Current Document 3.1原理图 5 HYPERLINK l bookmark93 o Current Document ROM5. HYPERLINK l bookmark97 o Current Document 八位加法器5. HYPERLINK l bookmark100 o Current Docume

5、nt 十六位加法器5. HYPERLINK l bookmark103 o Current Document 八位寄存器6. HYPERLINK l bookmark106 o Current Document 十六位寄存器 6. HYPERLINK l bookmark109 o Current Document 3.2仿真波形6 HYPERLINK l bookmark215 o Current Document 3.3 D/A转换电路9. HYPERLINK l bookmark212 o Current Document DAC0832结构及工作原理 9. HYPERLINK l bo

6、okmark228 o Current Document D/A转换电路模块 1.0.3.4实验结果0.3.5调试过程0. TOC o 1-5 h z HYPERLINK l bookmark224 o Current Document 对 adder8 adder16 reg8、reg16 的调试1 0D/A转换电路的调试1.0. HYPERLINK l bookmark232 o Current Document 输出波形的调试1.0.第四章心得体会1.1.第五章 参考文献 1.2.第一章系统分析与设计方案1.1 DDS设计原理介绍DDS即Direct Digital Synthesize

7、r数字频率合成器，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，是一种新型的数字频率合成技术。具有相对带宽大、频率转换时间短、分辨力高、相位连续性好 等优点，很容易实现频率、相位和幅度的数控调制，广泛应用于通讯领域。1.2直接数字式频率合成器(DDS)的基本结构直接数字式频率合成器(DDS )是从相位概念出发直接合成所需波形。其电路一般包括基准时钟、频率累加器、相位累加器、相位调制器、同步寄存器、正弦ROM查找表D/A转换器。基本结构如图相位 累加器低通波波器正弦查询表图1直接数字式频率合成器(DDS)的基本结构1.3基本DDS结构的常用参量计算DDS的输出频率f

8、outFut=(FWXfdk)/ 2cik1=50KHZ, FW=1 , n=8,则 Fout=195.3125HZ。fcik1=500KHZ , FW=1 , n=8,则 Fout=1.953KHZ。1.3.2 DDS产生的相位。(PW 2 n /21.3.3 DDS的频率分辨率。F out=f cik/21.3.4 DDS的频率输入字FW计算FW=2 nX (fout/fcik)1.4 DDS的工作原理相位累加器与频率控制字FW每来一个时钟脉冲fc氐N位加法器将频率控制字FW与累加寄存器输出的累加相位数据相加，把相加后的结果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

9、生的新的相位数据反馈到加法器的 输入端，使加法器在下一时钟的作用下继续与频率控制字FW相加；另一方面将该值作为存储器的地址输出相应的波形数据。最终经D/A转换成所需要的模拟波形。相位累加器在基准时钟的作用下，进行线性 相位累加，当相位累加器加满量时就会产生一次溢出，这样就完成了一个周期，此周期即为DDS的频率周期。DDS的输出信号频率：Fut=(FWK fcik)/2 N通过设定相位累加器的位数和频率控制字可确定 输出频率。相位控制字PW每来一个时钟脉冲fcik，加法器将相位控制器PW与累加寄存器输出的数据相加，把相加后的结果作为波形存储器 (ROM )的相位取样地址，这样就可以把存储在波形存

10、储器内的波形取样值(二进制编码)经查找表查出，完成相位到幅值 转换。波形存储器的输出送到D/A转换器，将数字量转换成所要求合成频率的模拟量信号。第二章软件设计2.1 Verilog HDL程序2.1.1 8位加法器程序代码module adder8(sum,a,b);output sum; input a,b; wire3:0 a; wire3:0 b; wire7:0 sum; assign sum=a+b; end module16位加法器程序代码module adder16(sum,a,b); output sum;input a,b; wire7:0 a; wire7:0 b; wir

11、e15:0 sum; assign sum=a+b; endmodule8位寄存器程序代码module reg8(din, q, clk); output7:0 q;input7:0 din, input, clk; reg7:0 q;always (posedge clk) begin q=din;end endmodule16位寄存器程序代码module reg16(din,q,clk);output15:0q; input15:0din; input clk;reg15:0q;always (posedge clk) begin q=din;end endmoduledds代码程序mod

12、ule dds (clk0,fword,pword,fout,pout); output7:0 fout,pout;input7:0 fword,pword;input clk0; wire7:0 lin8b,sin8b; wire15:0 f16b,d16b,din16b; assign f16b15:8=fword; assign f16b7:0=8b00000000; adder16 u1(.a(f16b),.b(d16b),.sum(din16b); reg16 u2( clk(clk0),.in(din16b),.qout(d16b);rom u3(d16b15:8,fout);ad

13、der8 u4(.a(pword),.b(d16b15:8),.sum(lin8b); reg8 u5(.clk(clk0),.in(lin8b),.qout(sin8b);rom u6(sin8b,pout); endmoduleROM的创建首先选择ROM数据文件编辑窗，即在 File菜单中选择“ New ”，并在 New窗中选择“ Other files ”项， 并选“Memory Initialization File，点击OK后产生ROM数据文件大小选择窗。可 这里采用2点8位数据勺情况， 选ROM勺数据数Number为256,数据宽Word size取8位。点击“ OK格中 将出现空

14、勺mif数据表格，表 的数据为10进制表达方式，任一数据对应的地址为左列于顶行数之和)成后在 。将波形数据填入此表中，完 File菜单中点击“ Save as ”保存此数据文件。第三章实验仿真3.1原理图ROMROM深度256,数据位8位如图2所示clock 顽尺Btok EyA* AUTO图2 ROM深度256,数据位8位八位加法器图3八位加法器十六位加法器图4十六位加法器八位寄存器十六位寄存器3.2仿真波形der8波形如图3所示adder:regse 1din7.O elkq7.OC -.r图5八位寄存器图6十六位寄存器HintValue、z16DDg320 0 DI0.0 K月|Jdff

15、l.O nsa 0 A!J PSI6D.D ns-141iL.12 出400 psB *Q b33 mi XXEX 3 -y iiiiaaiiii ii图7 adder8波形adder16波形如图4所示0 a谆IT 妙 ?j smVdue八50. DTl： .： CIS叫 is1.0A usl L9mi5 MI 5| u1 67 u1,63ns1163EUd c d c s 16 .,1 X 3 Xr 10XItX 12 X 13 X14X15 Y 启 XIT XIS1 U56 1XflX9)：n I 12 ) L R XX 15X 16XIT 匹1 UIioX； 14T IT :rir20

16、羞 rK3Dt3 轴 1361 1 1 I11 1 1 Illi 1illll Illi nail1 I 1Illi1 1111111 II II 1i i i n i i i i i i 1Fai ey：二EE七iio ，Inpa声1EOQs300.04E4ED.(He 640.Qz 8E0.0 nsraineQi、ES.ii广9Efl. 0 ns 1 12 us l.sa us15.K50 0 ns310 d f.eno 1玷F.1C 0 m *0 m*950 0 W1.43 阴dk 田din 国qI町亩V :u4 x m g rimrypriirn图9 reg8波形reg16波形如图6所

17、示图10 reg16波形rom波形如如图7所示图11 rom波形ddsf ipo波形如如图8所示VlieOf)：P5160.(O UM320.0 IIXBO.p ns640. p 2000 . 2960.pu1 1A ms1.2S 抨D p=clkDV1回 EwcrdlV3 jmordlV 1Q fontU I习 poutU 11111I11111111 1111iI1I_0127139 C U:L-46149152L55Fia130| 如152 XZdKuoM10$相矽28图12 ddsf ipo波形ddsf 2po波形如如图9所示图13 ddsf甲，波形VaItla0 IDUMalUJ V

18、i庐L1V一禅洋3 fyArdif =F*i jiword.v iF*i fnt田Vi V P:l严W他.0 BI里d. a必4S0 0C40 0 ncsod 0geo.p uIS Hl1.2B盲寸-1 21rFr11 -1 iJLJ-1 lL1 JLl11rLJJ LJal.a.艾缪磬重平*号棘坪图14 ddsf 8po波形ddsf 32po波形如如图11所示KiuriaVol 1160 f320. J he480.0izB4JO.O H2L1B00 J)ns. i360.0 nx1 12 usclkO-LJL11rn ii39QvsL*11田 pVMTdUi0田 foulVi8-1-127

19、:r-2vr-K255_L2J_r何_1p1 .0._Jf 尹*%丽 rt 21? :田 pout U1E.0.1.1岔-i2HX 稔1 .级一宝_137t . 37.1 o. . k.盯J.2T . 1.21.T ?KT255 和 T图 15 ddsf 32P0 波形ddsf 1p64波形如如图12所示/)/VeJTR2xFerD/4（LSIEHD 匚一r ni14* AiAb13 0/7( MSB)即口DGND 匚 10II 二I AiUjl】）tri图15 DAC0830引脚图图16 DAC0832的逻辑结构3.3.1 DAC0832结构及工作原理DAC0832是8分辨率的D/A转换集成

20、芯片。这个DA芯片以其价格低廉、接口简单、转换控制容易等优点，在电子 产品中得到广泛的应用。D/A转换器由8位输入锁存器、8位DAC寄存器、8位D/A转换电路及转换控制电路构成。引脚图及主要内部逻辑结构图15、16所示。根据对DAC0832的数据锁存器和DAC寄存器的不同的控制方式，DAC0832有三种工作方式：直通方式、单缓冲方式和双缓冲方式。DAC0832是采用CMO工艺制成的单片直流输出型8位数/模转换器。如图4-82所示，它由倒T型R-2R电阻网络、模 拟开关、运 算放大器和参考电压VREF四大部分组成。，输出的模拟量与输入的数字量成正比，这就实现了从数字量到模拟量的转换。 一个8位D

21、/A转换器有8个输入端（其中每个输入端是8位二进制数的一位），有一个模拟输出端。输入可有 28=256个不同的二进制组态，输出为256个电压之一，即输出电压不是整个电压范围内任意值，而只能是256个可能值。3.3.2 D/A转换电路模块ROM中存储数据，采用查表法输出的数字信号经过D/A转换器DAC0832和OP07转换和运放后产生0V到5V之间范围的电压范围。3.4实验结果实验数据如表i所示FWfoutPW相位fcik1 =50KHz1195.3Hz00rad2390.6Hz4781.2Hz641.57rad81.562KHzfci=500KHz11.953KHz1283.14rad23,906KHz47.812KHz1924.71rad815.62KHz表i实验结果表格3.5调试过程对 adder8x adder16、reg8、reg16 的调试对这4个部分的调整主要针对仿真波形的参数设定，加法器的end time设定为20us,寄存器设定为10us。且各个仿真波形的时钟要设定统一。且这4个波形的输入变量都设置为10进制，结果便于观察，以上仿真图都验证了结果的正确性。D/A转换电路的调试其中接电源时用到了 +12V、12V,所以对应管脚一定检查清楚，还有最后测输出电压时，DAC0832的数据端都置高时，VOut=5V,当只有最高位接地时VOut=2.5V。输出