DDS函数信号发生器的设计与实现
DDS函数信号发生器的设计与实现
一、 主要功能要求：
1、 设计任务
（1） 正弦波、三角波、方波、锯齿波输出频率范围：1KHZ~1MHZ
（2） 具有频率设置功能，频率步骤：100HZ;
（3） 输出信号频率定度：优于10 ^4
（4） 输出电压幅度：在5K负载电阻上的电压峰——峰值Vopp≧1V;
（5） 失真度：用示波器观察使无明显失真。
2、 基本要求：
（1） 掌握采用FPGA硬件特性、及软件开发工具MAXPLUSII的使用。
（2） 掌握DDS函数信号发生器的原理，并采用VIIDL语言设计DDS内核单元。
（3） 掌握单片机与DDS单无连接框图原理，推导出频率控制字、相位控制字的算法。
（4） 设计键盘输入电路和程序并调试。掌握键盘和显示（LCD1602）配合使用的方法和技巧。
（5） 掌握硬件和软件联合调试的方法。
（6） 完成系统硬件电路的设计和制作。
（7） 完成系统程序的设计。
（8） 完成整个系统的设计、调试和制作。
（9） 完成课程设计报告。
3、 提高部分：
（1） 三角波、方波输出频率范围：1KHZ~1MHZ;
（2） 产生二进制PSK、ASK信号：再50KHZ固定频率载波进行二进制键控，二进制基带序列码速率固定为10Kbps，二进制基带序列信号自行产生。（3） 设计高速DA转换电路。
4、 发挥部分：
（1） 对数据频率进行倍频。
二、 整体设计框图及整机概述：
1、 DDS的实现原理：
它建立在采样定理的基础上,首先对需要产生的波形进行采样,将采样值数字化后存入存储器作为查找表,然后再通过查表将数据读出,经过D/A转换器转换成模拟量,把存入的波形重新合成出来.
2、整体设计框图
图一 DDS函数信号发生器系统框图结构
3、整机概述：
整个DDS信号发生器由单片机子系统，DDS子系统，模拟子系统三部分组成。
单片机子系统由单片机、人机接口组成，人机接口由液晶显示器和键盘组成，通过键盘选择信号波形和输入信号频率，液晶用来显示波的类型和波当前的频率值。
DDS子系统由FPGA和高速D/A转换器组成，是DDS信号发生器的核心部分。DDS的一些功能模块由频率字寄存器，32位移位寄存器，32位累加器，32位存储器，ROM波形查找表，数据选择器，DAC控制逻辑均由FPGA实现。
模拟子系统由低通滤波器、放大电路组成。
三、 各硬件单元电路的设计、参数分析及原理说明
1、 DDS信号发生器设计
正弦信号发生器，它的输出可以用下式来描述：
①用基准时钟CLK进行抽样，令正弦信号的相位:
在一个CLK周期Tclk，相位的变化量为:
② (Tclk=1/fclk)
为了进行数字量化，把切割成2N份，由此每个CLK周期的相位用量化值来表述:
且 ③将②式代入③式得
经变换后得
信号发生器的输出可描述为： ⑥
其中 指前一个clk周期的相位值，同样得出
基本DDS结构的常用参量计算
(1) DDS的输出频率fout。
(2) DDS的频率分辨率
(3) DDS的频率输入字 计算
注意 要取整，有时会有误差
DDS由相位累加器、正弦查找表、D／A转换器和低通滤波器组成,其原理如图2所示。902