基于DDS的信号发生器的设计

1王进：基于DDS信号发生器的电路设计I摘要在信号发生器的设计中,传统的用分立元件或通用数字电路元件设计电子线路的方法设计周期长,花费大,可移植性差。本设计是用直接数字频率合成器(DDS),设计出两个相互正交的信号，该信号发生器输出信号的频率范围为：0-400MHz，频率分辨率：0.232Hz，频率误差范围:-2%～2%，相位差的误差4°与传统的频率合成方法相比，DDS合成信号具有频率切换时间短、频率分辨率高、相位变化连续等诸多优点。使用单片机灵活的控制能力与FPGA器件的高性能、高集成度相结合，可以克服传统DDS设计中的不足，从而设计开发出性能优良的DDS系统。关键词：单片机，直接数字频率合成，可编程逻辑器件Abstract四川理工学院本科毕业(设计)论文IIInthedesigningofthesignalgenerator,thetraditionalmethod,whichdesignselectroniccircuitsusingdiscretecomponentsorgeneraldigitalcircuitscomponents,takesalongtimewithhighcost,what’smore,thetransplantingabilityofitisunsatisfactory.Inthisdesign,thecircuitisdesignedthedesigningofDDS.Itsoutputfrequencyrangeis0to400MHz,theresolutionis0.232HZandzheerrorisbitween-2%and2%.Comparedwithtraditionalmethodsoffrequencysynthesizing,directdigitalfrequencysynthesizing(DDS)haslotsofadvantages,suchasshorttimeofquickfrequencyexchanging,highfrequencyresolution,continuousphasechanging,etc.Micro-controlunithasischaracterizedby.ManydrawbackscanbeovercomeandagoodDDSsystemwithgoodperformancecanbedevelopedaftercombiningtheflexiblecontrolcapabilityofmicro-controlunitwithhighperformanceandintegrationoftheFPGAdevicesinthesamesystem.Keywords:MCU,DDS，FPGA王进：基于DDS信号发生器的电路设计-1-目录摘要..............................................................................IAbstract............................................................................I第一章绪言.........................................................................11.1课题背景.....................................................................11.2课题研究的目的和意义.........................................................11.3国内外的研究状况.............................................................21.3.1波形发生器的发展状况.....................................................21.3.3本课题在国内外的研究现状................................................4第二章信号发生器的方案设计.........................................................62.1系统实现方案分析与比较........................................................62.1.1频率合成器方案...........................................................62.1.2移相方案.................................................................82.1.3存储器方案...............................................................82.2模块结构划分..................................................................92.2.1DDS的基本原理..........................................................102.2.2FPGA实现的直接数字频率合成器...........................................112.2.3移相原理................................................................12第三章电路设计....................................................................143.1FPGA设计DDS电路的具体实现..................................................143.1.1相位累加器部分..........................................................143.1.2相位/幅度转换电路.......................................................143.1.3波形表生成..............................................................153.1.4D/A转换电路............................................................153.1.5系统控制电路............................................................153.2单片机与FPGA的接口设计......................................................153.3现场可编程逻辑器件（FPGA）的选择.............................................173.4其他电路设计................................................................183.4.1晶体振荡电路...........................................................183.4.2地址计数脉冲产生电路....................................................183.4.3幅度控制电路............................................................193.4.4单片机外扩展存储器电路..................................................193.4.5滤波、缓冲输出电路.....................................................203.4.6键盘和显示控制电路......................................................213.4.7D/A转换电路的设计......................................................223.4.8DAC0832芯片原理........................................................25结束语.............................................................................29致谢.............................................................................30参考文献...........................................................................31附录1.............................................................................32四川理工学院本科毕业(设计)论文-2-附录2..............................................................................33附录3..............................................................................36王进：基于DDS信号发生器的电路设计-1-第一章绪言1.1课题背景在一些电子设备的电路板故障检测仪中，往往需要频率、幅度都能由计算机自动调节的信号源。采用诸如MAX038信号发生器芯片外加电阻及切换开关等器件虽然也能调节频率和幅度，但这种调节是离散的，且电路复杂，使用不方便。而采用直接数字合成芯片DDS及外加D/A转换芯片构成的可控信号源，可产生正弦波、调频波、调幅波及方波等，并且其信号的频率和幅度可由微机来精确控制，调节非常方便。另外随着21世纪的到来，人类正在跨入信息时代。现代通信系统的发展方向是功能更强，体积更小，速度更快，功耗更低。而大规模可编程器件CPLD/FPGA在集成度、功能和速度上的优势正好满足通信系统的这些要求。所以今天无论是民用的移动电话、程控交换机、集群电台、广播发射机和调制解调器,还是军用的雷达设备、图形处理仪器、遥控遥测设备、加密通信机中,都已广泛地使用大规模可编程器件[2]。由于数字技术在处理和传输信息方面的各种优点，数字技术和数字集成电路的使用已经成为构成现代电子系统的重要标志。电子系统的集成化，不仅可使系统的体积小、重量轻且功耗低，更重要的是可使系统的可靠性大大提高。因此自集成电路问世以来，集成规模便以10倍/6年的速度增长。从20世纪90年代初以来，电子系统日趋数字化、复杂化和大规模集成化。为满足个人电脑、无绳电话和高速数据传输设备的发展需求，电子厂商们越加迫切地追求电子产品的高功能、优品质、低成本、微功耗和微小封装尺寸。为达到此目标，必须采用少量的IC器件使面积尽可能小。1.2课题研究的目的和意义正弦信号发生器作为电子技术领域中最基本的电子仪器，广泛应用于航空航天测控、通信系统、电子对抗、电子测量、科研等各个领域中。随着电子信息技术的发展，对其