简易DDS频率合成器设计

PAGEPAGE12目录第一章系统分析与设计方案 11.1DDS设计原理介绍 11.2直接数字式频率合成器(DDS)的基本结构 11.3基本DDS结构的常用参量计算 11.3.1DDS的输出频率fout。 11.3.2DDS产生的相位。 11.3.3DDS的频率分辨率。 11.3.4DDS的频率输入字FW计算。 21.4DDS的工作原理 21.4.1相位累加器与频率控制字FW 21.4.2相位控制字PW 2第二章软件设计 32.1VerilogHDL程序 32.1.18位加法器程序代码 32.1.216位加法器程序代码 32.1.38位寄存器程序代码 32.1.416位寄存器程序代码 42.1.5dds代码程序 42.1.6ROM的创建 4第三章实验仿真 53.1原理图 53.1.1ROM 53.1.2八位加法器 53.1.3十六位加法器 53.1.4八位寄存器 63.1.5十六位寄存器 63.2仿真波形 63.3D/A转换电路 93.3.1DAC0832结构及工作原理 93.3.2D/A转换电路模块 103.4实验结果 103.5调试过程 103.5.1对adder8、adder16、reg8、reg16的调试 103.5.2.D/A转换电路的调试 103.5.3．输出波形的调试 10第四章心得体会 11第五章参考文献 12第一章系统分析与设计方案1.1DDS设计原理介绍DDS即DirectDigitalSynthesizer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1所示。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1.3.1DDS的输出频率fout。Fout=(FW×fclk)/2Nfclk1=50KHZ，FW=1，n=8,则Fout=195.3125HZ。fclk1=500KHZ，FW=1，n=8,则Fout=1.953KHZ。1.3.2DDS产生的相位。（PW×2π）/2N1.3.3DDS的频率分辨率。Fout=fclk/2N1.3.4DDS的频率输入字FW计算。FW=2N×（fout/fclk）1.4DDS的工作原理1.4.1相位累加器与频率控制字FW每来一个时钟脉冲fclk，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：Fout=(FW×fclk)/2N，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。1.4.2相位控制字PW每来一个时钟脉冲fclk，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2.1VerilogHDL程序2.1.18位加法器程序代码moduleadder8(sum,a,b);outputsum;inputa,b;wire[3:0]a;wire[3:0]b;wire[7:0]sum;assignsum=a+b;endmodule2.1.216位加法器程序代码moduleadder16(sum,a,b);outputsum;inputa,b;wire[7:0]a;wire[7:0]b;wire[15:0]sum;assignsum=a+b;endmodule2.1.38位寄存器程序代码modulereg8(din,q,clk);output[7:0]q;input[7:0]din,input,clk;reg[7:0]q;always@(posedgeclk)beginq=din;endendmodule2.1.416位寄存器程序代码modulereg16(din,q,clk);output[15:0]q;input[15:0]din;inputclk;reg[15:0]q;always@(posedgeclk)beginq=din;endendmodule2.1.5dds代码程序moduledds(clk0,fword,pword,fout,pout);output[7:0]fout,pout;input[7:0]fword,pword;inputclk0;wire[7:0]lin8b,sin8b;wire[15:0]f16b,d16b,din16b;assignf16b[15:8]=fword;assignf16b[7:0]=8'b00000000;adder16u1(.a(f16b),.b(d16b),.sum(din16b));reg16u2(clk(clk0),.in(din16b),.qout(d16b));romu3(d16b[15:8],fout);adder8u4(.a(pword),.b(d16b[15:8]),.sum(lin8b));reg8u5(.clk(clk0),.in(lin8b),.qout(sin8b));romu6(sin8b,pout);endmodule2.1.6ROM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“Otherfiles”项，并选“MemoryInitializationFile”，点击OK后产生ROM数据文件大小选择窗。这里采用2点8位数据的情况，可选ROM的数据数Number为256，数据宽Wordsize取8位。点击“OK”，将出现空的mif数据表格，表格中的数据为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）。将波形数据填入此表中，完成后在File菜单中点击“Saveas”，保存此数据文件。第三章实验仿真3.1原理图3.1.1ROMROM深度256，数据位8位如图2所示图2ROM深度256，数据位8位3.1.2八位加法器图3八位加法器3.1.3十六位加法器图4十六位加法器3.1.4八位寄存器图5八位寄存器3.1.5十六位寄存器图6十六位寄存器3.2仿真波形adder8波形如图3所示图7adder8波形adder16波形如图4所示图8adder16波形reg8波形如如图5所示图9reg8波形reg16波形如图6所示图10reg16波形rom波形如如图7所示图11rom波形ddsf1p0波形如如图8所示图12ddsf1p0波形ddsf2p0波形如如图9所示图13ddsf2p0波形ddsf8p0波形如如图10所示图14ddsf8p0波形ddsf32p0波形如如图11所示图15ddsf32p0波形ddsf1p64波形如如图12所示图12ddsf1p64波形ddsf1p128波形如如图13所示图13ddsf1p128波形ddsf1p192波形如如图14所示图14ddsf1p192波形3.3D/A转换电路图15DAC0830引脚图图16DAC0832的逻辑结构3.3.1DAC0832结构及工作原理DAC0832是8分辨率的D/A转换集成芯片。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CMOS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/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。3.3.2D/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1所示FWfoutPW相位fclk1=50KHz1195.3Hz00rad2390.6Hz4781.2Hz641.57rad81.562KHzfclk2=500KHz11.953KHz1283.14rad23,906KHz47.812KHz1924.71rad815.62KHz表1实验结果表格3.5调试过程3.5.1对adder8、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endtime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。3.5.2.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。3.5.3．输出波形的调试在接开发板之