DDS实验报告

南京理工大学电类综合实验

实验报告

作者: 徐伟伟学号：314101002254 学院(系):机械工程

专业: 机械制造及其自动化

题目: 直接数字频率合成器（DDS）

指导老师：花汉兵

2015年6月

摘要:本文介绍了直接数字式频率合成器（DDS）的设计以及其附加功能的拓展，主要包括了频率控制、加法电路、相位控制、测频电路、译码显示、输出多种波形(包括正余弦、三角波、锯齿波、方波梯形波)、D/A转换等模块。文中详细说明了实验原理，并用Quartus II 软件对各模块进行电路设计，最后在SmartSOPC 实验箱上演示得到了预期的实验结果。

关键词：DDS 实验原理电路设计Quartus II SmartSOPC

Abstract：This paper introduces the design of Direct Digital Frequency Synthesizer (DDS) and its additional function, mainly including the frequency control, add circuit, the phase control, frequency measuring circuit, decoding display and the output of a variety of waveform (including cosine, triangular wave, sawtooth wave and square wave), D/A conversion etc. In this paper, the experimental principle is described in detail, and the circuits of each module are designed with the use of Quartus II software. Finally, the desired results are presented on the SmartSOPC experiment box.

Key words: DDS, experiment principle, circuit design, Quartus II, SmartSOPC

目录

1 设计说明 (1)

1.1 设计内容 (1)

1.2 设计目的 (1)

1.3 设计要求 (1)

1.3.1 基本要求 (1)

1.3.2 提高要求 (1)

1.4 设计原理 (2)

1.4.1 DDS概念 (2)

1.4.2 DDS组成及工作原理 (2)

2 实验电路设计 (6)

2.1 电路总体设计图 (6)

2.2 各模块设计 (6)

2.2.1 分频电路 (6)

2.2.2 频率相位控制电路 (10)

2.2.3 波形存储器电路 (16)

2.2.4 波形选择电路 (20)

2.2.5 显示电路 (20)

2.2.6 消颤电路 (21)

2.2.7 测频电路 (22)

3 调试仿真及下载 (23)

3.1 调试 (23)

3.2 仿真 (24)

3.3 下载 (24)

4 实验结果 (25)

4.1 仿真结果 (25)

4.2 示波器结果 (25)

4.3 实验结果 (28)

5 设计感想 (29)

致谢 (30)

参考文献 (30)

1 设计说明

1.1 设计内容

利用QuartusII软件和SmartSOPC实验箱设计一个频率及相位均可控制的具有正弦和余弦输出的直接数字频率合成器（Direct Digital Frequency Synthesizer 简称DDFS或DDS）。

1.2 设计目的

（1）学习EDA集成工具软件QuartusII的使用；

（2）学习基于可编程逻辑器件的EDA设计流程；

（3）学会基于可编程逻辑器件的电路设计。

1.3 设计要求

1.3.1 基本要求

（1）利用QuartusII软件和SmartSOPC实验箱实现DDS的设计；

（2）DDS中的波形存储器模块用Altera公司的Cyclone系列FPGA芯片中的RAM 实现，RAM结构配置成212×10类型；

（3）具体参数要求：频率控制字K取4位；基准频率fc=1MHz,由实验板上的系统时钟分频得到；

（4）系统具有使能功能；

（5）利用实验箱上的D/A转换器件将ROM输出的数字信号转换为模拟信号，能够通过示波器观察到正弦波形；

（6）通过开关（实验箱上的Ki）输入DDS的频率和相位控制字，并能用示波器观察加以验证。

1.3.2 提高要求

（1）通过按键（实验箱上的Si）输入DDS的频率和相位控制字，以扩大频率控制和相位控制的范围；(注意：按键后有消颤电路)；

（2）在数码管上显示生成的波形频率；

（3）设计能输出多种波形（三角波、锯齿波、方波等）的多功能波形发生器；（4）充分考虑ROM结构及正弦函数的特点，进行合理的配置，提高计算精度；（5）基于DDS的AM调制器的设计；

（6）自己添加其他功能。

1.4 设计原理

1.4.1 DDS概念

DDS是将先进的数字处理理论与方法引入频率合成的一项新技术，DDS把一系列数字量形式的信号通过数/模转换器转换成模拟量形式的信号。在本系统中，DDS的具体工作过程是由N位相位累加器、N位加法器和N位累加寄存器组成。每来一个时钟脉冲，N位加法器将频率控制字K与N位累加寄存器输出的累加相位数据相加，并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K相加;另一方面将这个值作为取样地址送入幅度/相位转换电路，幅度/相位转换电路根据这个地址输出相应的波形数据。

1.4.2 DDS组成及工作原理

主电路是由脉冲信号发生电路利用分频器产生1MHz的时钟信号，该时钟信号驱动地址累加电路循环产生12位地址信息。产生的地址信息同时输出到各种预存好函数信息的ROM的地址端，根据这一地址，各ROM便会输出地址所对应的函数值，再通过数据选通模块，根据我们的需要选择输出某路函数信息，送至实验箱上的D/A芯片，便能将二进制信息变为模拟量，最后用低通滤波器滤除高频分量，送至示波器便能输出较为清晰的函数图像。DDS的组成及其工作原理结构图如图1.1所示：

图1.1 DDS的组成及工作原理结构框图