实现直接数字频率合成器的三种技术方案

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直接数字频率合成器原理

直接数字频率合成器原理直接数字频率合成器（Direct Digital Frequency Synthesizer，简称DDFS）是一种用于产生高精度、稳定的频率信号的电子设备。

它通过数字电路实现频率的直接合成，可以产生任意频率的信号，并且具有快速调谐、高精度以及低相位噪声等优点。

本文将介绍DDFS的工作原理及其在实际应用中的重要性。

一、工作原理DDFS的核心组成部分是相位累加器（Phase Accumulator）、频率控制字（Frequency Control Word）和查表器（Look-up Table）。

相位累加器通过不断累加频率控制字的值，从而产生一个随时间线性增加的相位值。

查表器中存储了正弦波的采样值，通过查表器可以根据相位值得到对应的正弦波样本。

最后，通过数模转换器将数字信号转换为模拟信号输出。

具体来说，DDFS的工作原理如下：1. 频率控制字：频率控制字是一个二进制数，用于控制相位累加器的累加速度。

频率控制字的大小决定了相位累加器每个时钟周期累加的值，从而决定了输出信号的频率。

2. 相位累加器：相位累加器是一个寄存器，用于存储当前的相位值。

相位累加器的值会在每个时钟周期根据频率控制字的大小进行累加。

相位累加器的位数决定了相位的分辨率，位数越多，相位分辨率越高，输出信号的频率分辨率也越高。

3. 查表器：查表器中存储了一个周期内的正弦波样本值（或余弦波样本值），通过查表器可以根据相位累加器的值得到对应的正弦波样本值。

4. 数模转换器：数模转换器将数字信号转换为模拟信号输出。

通常使用的是高速数模转换器，能够将数字信号以高速率转换为模拟信号输出。

二、应用领域DDFS在许多领域中都有广泛的应用，其中包括通信、雷达、测量、音频处理等。

1. 通信领域：在通信系统中，DDFS被广泛应用于频率合成器、频率调制器和频率解调器等模块中。

通过DDFS可以快速、精确地合成所需的信号频率，实现高速数据传输和频谱分析等功能。

详细设计方案_DDS

DDS详细设计方案1.DDS简介：DDS同DSP（数字信号处理）一样，是一项关键的数字化技术。

DDS 是直接数字式频率合成器（Direct Digital Synthesizer）的英文缩写。

与传统的频率合成器相比，DDS具有低成本、低功耗、高分辨率和快速转换时间等优点，广泛使用在电信与电子仪器领域，是实现设备全数字化的一个关键技术。

一块DDS芯片中主要包括频率控制寄存器、高速相位累加器和正弦计算器三个部分（如Q2220）。

频率控制寄存器可以串行或并行的方式装载并寄存用户输入的频率控制码；而相位累加器根据频率控制码在每个时钟周期内进行相位累加，得到一个相位值；正弦计算器则对该相位值计算数字化正弦波幅度（芯片一般通过查表得到）。

DDS芯片输出的一般是数字化的正弦波，因此还需经过高速D/A转换器和低通滤波器才能得到一个可用的模拟频率信号。

2.DDS规格：Xxx3.实现原理DDS的核心部分是相位累加器，相位累加器有一个累加器和相位寄存器组成，它的作用是再基准时钟源的作用下进行线性累加，当产生溢出时便完成一个周期，即DDS的一个频率周期。

其中频率字的位宽为K位，作为累加器的一个输入，累加器的另一个输入端位宽为N位（N>K），每来一个时钟，频率字与累加器的另一个输入相加的结果存入相位寄存器，再反馈给累加器，这相当于每来一个时钟，相位寄存器的输出就累加一次，累加的时间间隔为频率字的时间，输入加法器的位宽为（N-K）位，它与同样宽度的相位控制字相加形成新的相位，并以此作为查找表的地址。

每当累加器的值溢出一次，输入加法器的值就加一，相应的，作为查找表的地址就加一，而查找表的地址中保存波形的幅度值，这些离散的幅度值经DAC和PLF便课还原为模拟波形。

4.Verilog HDL源代码Verilog HDL代码为：module DDS (//inputsys_clk,sys_rst_n,fword,pword,//outputda_clk,da_data);//input portsinput sys_clk ; //system clock;input sys_rst_n ; //system reset, low is active; input [WIDTH1-1:0] fword ; //输入频率字input [WIDTH2-1:0] pword ; //输入相位字//output portsoutput [SIZE-1:0] da_data ; //DA 数据output da_clk ; //DA 时钟//reg definereg [WIDTH1-1:0] fword_r ;reg [WIDTH2-1:0] pword_r ;reg [WIDTH1-1:0] freq_count ;reg [WIDTH2-1:0] rom_addr ;//wire define//parameter defineparameter WIDTH1 = 32;parameter WIDTH2 = 12;parameter SIZE = 10;/******************************************************************** ************************************* Main Program*********************************************************************** ***********************************/assign da_clk = sys_clk ;always @(posedge sys_clk or negedge sys_rst_n) beginif (sys_rst_n ==1'b0) beginfword_r <= 32'h0000;endelsefword_r <= fword;endalways @(posedge sys_clk or negedge sys_rst_n) beginif (sys_rst_n ==1'b0) beginpword_r <= 12'h0000;endelsepword_r <= pword;endalways @(posedge sys_clk or negedge sys_rst_n) beginif (sys_rst_n ==1'b0) beginfreq_count <= 32'h0000;endelsefreq_count <= freq_count + fword_r; //频率控制器endalways @(posedge sys_clk or negedge sys_rst_n) beginif (sys_rst_n ==1'b0) beginrom_addr <= 32'h0000;endelserom_addr <= freq_count[31:20] + pword_r; //相位控制器endROM DDS_ROM_U0 (.address (rom_addr) ,.clock (sys_clk) ,.q (da_data));endmodule//end of RTL code5.日积月累Xxx6.综合出的电路DDS代码综合出的电路如下：注意：波形文件存在Project\DDS\wave_file下面。

DDS实验报告

电子线路课程设计 --直接数字频率合成器（DDS）2014 年 11 月摘要本实验通过使用 QuartusⅡ软件，并结合数字逻辑电路的知识设计，使用DDS 的方法设计一个任意频率的正弦信号发生器，要求具有频率控制、相位控制、以及使能开关等功能。

在此基础上，本实验还设计了扩展功能，包括测频、切换波形，动态显示。

在控制电路的作用下能实现保持、清零功能，另外还能同时显示输出频率、相位控制字、频率控制字。

在利用 QuartusⅡ进行相应的设计、仿真、调试后下载到SmartSOPC实验实现 D/A转换，验证实验的准确性，并用示波器观察输出波形。

关键词：SmartSOPC实验箱 QUARTUSⅡ数字频率合成仿真AbstractThis experiment is based on QuartusⅡ，with the help of knowledge relating to the digital logic circuits and system design,to design a sine signal generator which generates any frequency by the method of DDS. This generator is provided with the functions of frequency control,phase control and switch control. Based on the basic design,I also design extra functions,including frequency measurement,changes of wave forms and dynamic display.The control circuit can be maintained time clearing and time keeping functions,and also shows the output frequency,phase control characters,frequency control word. All the designing and simulating work are based on QuartusⅡ. After all the work finished on computer, I downloaded the final circuit to SmartSOPC experiment system to realize the transformation of D/A ,and then test the accuracy of the design by means of oscilloscope observing the wave forms.Key words: SmartSOPC QUARTUSⅡ DDS Simulation目录摘要 (1)目录 (2)一、设计要求 (3)二、方案论证 (3)三、直接数字频率合成器总电路图 (4)四、各子模块设计原理及分析说明 (5)4.1、脉冲发生电路 (5)4.2、频率相位预置与调节电路 (9)4.3、累加器电路 (10)4.4、相位控制电路 (11)4.5、波形存储器ROM电路 (12)4.6、测频电路 (14)4.7、不同波形选择电路 (15)4.8、动态译码显示电路 (16)五、程序下载、仿真与调试 (17)六、实验结果 (18)七、实验总结与感想 (23)八、参考文献 (23)一、设计要求1、利用QuartusII软件和SmartSOPC实验箱实现直接数字频率合成器（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；7、可适当添加其他功能二、方案论证直接数字频率合成器（Direct Digital Frequency Synthesizer）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。

dds 总线原理

dds 总线原理
DDS（直接数字频率合成器）是一种基于数字信号处理技术的频
率合成器，它可以通过数字控制实现精确的频率和相位调制。

DDS
总线原理指的是DDS芯片与其他器件之间的通信总线原理。

首先，DDS芯片通常会使用SPI（串行外设接口）或者并行接口
来与微处理器或其他外围设备进行通信。

SPI是一种串行总线协议，通过四根线（时钟线、数据线、主从选择线和地线）来实现通信。

而并行接口则是通过多根数据线同时传输数据。

在DDS芯片与其他器件之间的通信中，总线原理起着关键作用。

总线原理包括数据传输的时序、数据格式、通信协议等方面。

通常
情况下，DDS芯片会通过总线接收来自外部设备的频率、相位或其
他控制信息，然后根据这些信息生成相应的数字信号输出。

同时，DDS芯片也会通过总线将自身的状态、输出频率等信息反馈给外部
设备。

另外，DDS总线原理还涉及到通信的稳定性、抗干扰能力、通
信速率等方面。

在设计中，需要考虑总线的带宽、传输速率、数据
格式的协商、时序的稳定性等问题，以确保DDS芯片与外部设备之
间的可靠通信。

总的来说，DDS总线原理是指DDS芯片与其他器件之间的通信原理，涉及到通信协议、数据传输的时序、稳定性等多个方面。

通过合理设计和实现总线原理，可以实现DDS芯片与外部设备之间的稳定、可靠的通信，从而更好地实现频率合成功能。

数字频率合成器设计实例

数字频率合成器设计实例数字频率合成器设计实例数字频率合成器（Digital Frequency Synthesizer）是一种能够产生不同频率信号的设备。

它通过使用数字技术和数学算法来合成所需的频率，具有高精度和稳定性。

在本文中，我们将逐步介绍数字频率合成器的设计过程。

1. 设定所需频率范围：首先，确定所需合成的频率范围。

这取决于具体应用，例如音频处理、无线通信等。

假设我们的频率范围为1Hz到10kHz。

2. 确定采样率：采样率是指每秒钟对信号进行采样的次数。

根据香农抽样定理，采样率应大于信号最高频率的两倍。

在我们的例子中，最高频率为10kHz，因此选择采样率为至少20kHz。

3. 选择数字信号处理器（DSP）：为了实现数字频率合成器，我们需要选择一种适合的DSP芯片。

DSP芯片能够高效地执行数字信号处理任务，例如信号生成和滤波。

选择一款性能强大且易于编程的DSP 芯片，以满足所需的合成要求。

4. 设计频率控制模块：频率控制模块是数字频率合成器的核心部分，用于生成所需频率的数字信号。

它通常由相位锁定环（PLL）和数字控制振荡器（NCO）组成。

a. 相位锁定环（PLL）：PLL是一种控制系统，通过比较输入信号的相位和参考信号的相位差异来产生所需频率的输出信号。

通过调整参考信号的频率和相位，PLL可以实现精确的频率合成。

b. 数字控制振荡器（NCO）：NCO是一种可编程振荡器，能够生成具有可变频率的数字信号。

通过调整输入的控制参数，NCO能够实现不同频率的信号合成。

5. 编程实现：根据DSP芯片的编程手册和软件开发工具，编写相应的代码实现频率控制模块。

通过配置PLL和NCO的参数，以及设置合适的参考信号，实现所需频率的合成。

6. 验证和调试：使用示波器或频谱分析仪等测试工具，验证合成的频率是否符合要求。

如果发现频率偏差或其他问题，可以通过调整PLL和NCO的参数来进行调试和校准。

7. 优化和改进：根据实际应用需求和反馈，对数字频率合成器进行优化和改进。

频率合成技术

频率合成技术
1、直接模拟频率合成
直接模拟频率合成技术是一种早期旳频率合成技术，它用一种或几种参照频率源经谐波发生器变成一系列谐波，再经混频、分频、倍频和滤波等处理产生大量旳离散频率，这种措施旳优点是频率转换时间短、相位噪声低，但因为采用大量旳混频、分频、倍频和滤波等途径，使频率合成器旳体积大、成本高、构造复杂、轻易产生杂散分量且难于克制。不能实现单片集成，逐渐被锁相频率合成，直接数字频率合成技术替代。
K
累加寄存器输出旳累加相位数据相加，把相加后旳成果送至累加寄存器旳数据输入端。累加寄存器将加法器在上一种时钟脉冲作用后所产生旳新相位数据反馈到加法器旳输入端，以使加法器在下一种时钟脉冲旳作用下继续与频率控制字相加。这么，相位累加器在时钟作用下，不断对频率控制字进行线性相位累加。由此能够看出，相位累加器在每一种时钟脉冲输入时，把频率控制字累加一次，相位累加器输出旳数据就是合成信号旳相位，相位累加器旳溢出频率就是DDS输出旳信号频率。
DDS问世之初，构成DDS元器件旳速度旳限制和数字化引起旳噪声这两个主要缺陷阻碍了DDS旳发展与实际应用。近几年超高速数字电路旳发展以及对DDS旳进一步研究，DDS旳最高工作频率以及噪声性能已接近并到达锁相频率合成器相当旳水平。
2、锁相频率合成技术（1）锁相环路工作原理
PD ————产生误差电压，LF ————产生控制电压， VCO ————产生瞬时输出频率
PLL环路在某一原因作用下，利用输入与输出信号旳相位差产生误差电压，并滤除其中非线性成份与噪声后旳纯净控制信号控制压控振荡器，使相位差朝着缩小固有角频差方向变化，一旦相位差趋向很小常数（称为剩余相位差）时，则锁相环路被锁定了，
波形存储器设计主要考虑旳问题是其容量旳大小，利用波形幅值旳奇、偶对称特征，能够节省3/4 旳资源，这是非常可观旳。为了进一步优化速度旳设计，能够选择菜单Assign|Global Project Logic Synthesis旳选项Optimize10(速度)，并设定Global Project logic Synthesis Style为FAST，经寄存器性能分析最高频率到达100MHz以上。用FPGA实现旳DDS能工作在如此之高旳频率主要依赖于FPGA先进旳构造特点。

dds芯片原理

dds芯片原理DDS芯片原理DDS芯片，即直接数字频率合成器（Direct Digital Synthesizer），是一种基于数字信号处理技术实现频率合成的集成电路芯片。

DDS 芯片可以通过改变其输入信号的频率和相位，产生高稳定度、高精度的频率输出信号。

DDS芯片的原理主要包括相位累加器、频率控制字、相位控制字、数字到模拟转换器和低通滤波器等几个关键部分。

相位累加器是DDS芯片的核心部分，其作用是根据频率控制字的输入，不断累加相位控制字的值，从而产生不断变化的相位值。

相位累加器可以通过改变相位控制字的大小和输入频率的变化，控制输出信号的频率和相位。

相位累加器一般采用二进制累加器的形式，通过不断累加相位控制字的值，可以实现连续的相位变化。

频率控制字是用来控制DDS芯片输出信号的频率的关键参数。

频率控制字决定了累加器每个时钟周期累加的相位控制字的大小，从而决定了输出信号的频率。

频率控制字一般是一个固定的值，可以通过改变频率控制字的大小来改变输出信号的频率。

相位控制字是用来控制DDS芯片输出信号的相位的关键参数。

相位控制字决定了累加器的初始相位值，从而决定了输出信号的相位。

相位控制字可以通过改变其大小来控制输出信号相位的偏移。

数字到模拟转换器（DAC）是DDS芯片中的重要组成部分，主要负责将累加器输出的数字信号转换为模拟信号。

DDS芯片中的DAC一般是高速、高精度的数字信号处理器，可以将数字信号转换为模拟信号。

低通滤波器是DDS芯片中的另一个重要组成部分，其作用是滤除DAC输出的数字信号中的高频成分，从而得到稳定、纯净的模拟信号。

低通滤波器一般采用各种滤波算法，如FIR滤波器、IIR滤波器等。

DDS芯片的工作原理如下：首先，通过输入一个固定的频率控制字和相位控制字，相位累加器不断累加相位控制字的值，产生一个连续变化的相位值。

然后，根据相位值生成一个数字信号，并通过DAC将数字信号转换为模拟信号。

最后，通过低通滤波器滤除模拟信号中的高频成分，得到最终的稳定、纯净的输出信号。

用于数字频率合成器的nco实现与优化

用于数字频率合成器的nco实现与优化数字频率合成器（DFC）是一种可以精确控制信号和信息的设备，是构建数字电路的核心组件，在时钟电路、移相电路、调频电路和信号合成领域有着广泛应用。

要想达到这些目的，必须实现一种能够精确控制正弦波频率和幅度的设备，用于在给定情况下生成特定频率正弦波。

这就是NCO（数字控制频率）发挥作用的原因。

NCO可以被视为一个频率发生器，用来控制正弦波频率，它能够准确地产生频率为n的正弦波，使用累加器实现循环操作，最大的优点是可以用于各种电路，并且可以提供很高的精度。

NCO在数字频率合成器中的实现有多种形式，如基于DSM和DDS，这些实现有不同的优缺点。

DSM（数字混频器），它是一种高速数字混频器，能够精确产生正弦波，精度比DDS（数字直接频率合成器）高，但在实现中会存在噪声。

DDS（数字直接频率合成器），它是一种高精度的数字频率合成器，能够高效的产生不同的频率正弦波，在系统提供的时钟频率范围内可以提供任意的频率。

NCO在实现过程中，有多种优化方法可以用于提高效率，降低噪声，提高精度和稳定性。

首先，使用可变步长算法来改善结构的效率，其次，使用更高精度的累加器，以及更高的时钟频率，以便提高计算精度，还可以使用调制器和高级算法来减少噪声和干扰，保证信号的质量。

此外，使用可编程逻辑模块进行NCO实施将有助于进一步提升系统性能。

NCO在数字频率合成器中的实现具有重要意义，它是用于实施整个系统的核心组件。

针对其实现，可以采取多种优化策略，比如改善结构效率、提高精度和稳定性、减少噪声和干扰等，从而使系统更加高效。

最后，使用可编程的逻辑模块来进行实施，更有利于提升系统的整体性能和可靠性。

总之，NCO是数字频率合成器的核心组件，它能够精确控制正弦波的频率和幅度，因此它在各个领域都有着非常重要的应用。

实现NCO的过程中，可以采取多种优化策略，以便提高系统性能，使系统更加完善和可靠。

直接数字频率合成(DDS)的软件及硬件实现的开题报告

直接数字频率合成（DDS）的软件及硬件实现的开题报告一、研究背景直接数字频率合成（DDS）是一种广泛应用于信号处理和通信系统的技术。

它可以根据预设的数码频率生成高准确度、高稳定度的正弦波信号。

DDS可以通过数学运算来控制输出频率，并利用数字信号处理技术产生相位控制信号。

拥有数字化、可编程化等优势，能实现大范围的频率合成，并具有较高抗噪性，是应用广泛的数字信号生成技术之一。

DDS技术在信号发生器、直接数字频率合成器、调频发射机等设备中得到应用，其高准确度、高稳定度、多频段、频率精度调节、高速调制等特点，大大提高了设备的性能和精度。

因此，研究DDS技术的软硬件实现具有重要的实际意义和应用价值。

二、研究内容和目标本文主要研究DDS技术的软件及硬件实现，包括DDS基本原理、DDS的数学模型、DDS的程序实现等方面内容。

通过对DDS技术的深入研究，实现一个基于FPGA 的DDS信号发生器。

具体的研究内容包括：1. DDS技术的基本原理和数学模型。

2. DDS的程序实现，包括频率控制、相位控制、幅值控制等功能。

3. 设计基于FPGA的DDS信号发生器，实现频率、相位的控制。

4. 实验验证DDS生成信号的准确性和稳定性。

通过本文的研究和实现，旨在深入掌握DDS技术的原理、实现和应用，为DDS 技术在信号发生器、直接数字频率合成器、调频发射机等设备中的应用提供技术支撑和参考。

三、研究方法和步骤1. 研究DDS基本原理和数学模型，理解DDS工作原理、相位控制技术和幅值控制技术以及DDS频率合成的原理。

2. 研究DDS的程序实现方法，并掌握Freqduino V1.5软件的使用，利用C语言编写DDS的程序，实现DDS中的频率、相位、幅值的控制。

3. 设计DDS信号发生器的硬件模块，利用FPGA开发板，实现DDS的硬件电路设计。

4. 设计DDS信号发生器的软件模块，实现DDS的频率、相位和幅值的控制，并完成FPGA开发板与PC端的通信。

直接数字频率合成技术及其设计方案

中图分类号：ＴＮ７４文献标识码：Ａ文章编号：６３５４２０）８ｃ０２ — ２１７０３（０７０（）１１０
直接数字频率合成技术（ＤＤＳ最初是在）１７由美国学者ＪＴｅｙ等人提出的，９１．ｉｍｅ它是继直接频率合成和间接频率合成之后，随着数字集成电路和微电子技术的迅速发展起来的第三代频率合成技术。由于它在频率转换时间、相位连续性等方面的优点，现在已经广泛应用干通信、雷达、电子战等设备中。
３实现ＤＳＯ的两种技术方案
３１采用高性能ＤＳ片的解决方案．Ｄ芯
随着徽电子技术和集成电路技术的飞速发展，前市场上有不少ｌ能优良的ＤＳ目生Ｄ产品，生产ＤＳ芯片的公司主要有Ｑａｃｍｍ、ＡＤ、ＤｕｌｏＳｉｇ和Ｓａｆｒ公司。其中ＡＤ公司的ｃｅｔｔｎｏｄ等ＤＳＤ系列产品以其较高的性价比取得了广泛的应用。下面仅对ＡＤ公司的Ａ９４Ｄ９５芯片做简单介绍。Ａ９５是采用先进的ＤＳＤ９４Ｄ技术开发的高集成度的ＤＳ器件。它内置高速、高性能ＤＤ／Ａ转换器及超高速比较器，可作为数字编程控制的频率合成器，能产生２００ＭＨｚ的模拟正弦波。ＡＤ９４内含１２２态ＲＡＭ，９５０４Ｘ３静利用该ＲＡ可实现高速调制，支持几种扫频Ｍ并模式。Ａ９５可提供自定义的线性扫频操作Ｄ９４模式，通过ＡＤ９４的串行ＩＯ口输入控制字９５／可实现快速变频并且具有良好的频率分辨率。其应用范围包括灵敏频率合成器、可编程时钟发生器、雷达和扫描系统的Ｆ调制源以及Ｍ测试和测量装置等。ＡＤ９４内部结构如图９５的２所示，其主要特性：内置４０Ｐ时钟；内含０ＭＳｓｌ位ＤＡ相位、幅度可编程；２４Ｃ；３位频率转换字；可用串行Ｉ／Ｏ控制；内置超高速模拟比较器可自动线性和非线性扫频内部集成有１２０４ｘ３２位ＲＡＭ；采用１８．Ｖ电源供电；４０倍倍可２频；支持大多数数字输入中的５Ｖ输入电平；可实现多片同步。３２基于ＦＧ．ＰＡ技术实现ＤＳＤ的方案ＤＤＳ技术的实现依赖干高速、高性能的数字器件。随着电子技术和大规模集成电路的发展，一种新型的数字器件—— ＦＧＰＡ得到了飞速的发展。它不仅具有很高的速度和可靠性，而且具有用户可重复编程的特点，它的时钟频率已达几百兆赫兹，常适合干实现ＤＳ非Ｄ的数字部分。Ｘｎｉｉｌｘ公司是最大的ＦＧＡ／ＣＬＰＰＤ生产商之一，多年来一直占据行业领先的地位。ＸｎｉＦＧ／ＰＤ具有高性能、高集成ｉｌｘ的ＰＡＣＬ度和高性价比的优点，而且它还提供了功能全面的开发工具和丰富的Ｉ、宏功能等。ＩＥＰ核Ｓ

实现直接数字频率合成器的种技术方案

实现直接数字频率合成器的种技术方案数字频率合成器是指一种非常重要的电子技术设备，其可以将高精度的数字信号转化为高质量的模拟信号，并通过模拟电路将这些信号输出，使得它们可以被人类感知。

实现直接数字频率合成器的技术方案有很多，本文将会详细介绍其中几种方案。

首先，最基本的方案是采用数字锁相环（，简称PLL）来实现直接数字频率合成器。

PLL技术已经被广泛应用于数字电路中，不仅可以实现同步，还可以通过比较、过滤和放大的方式将输入信号与参照信号进行比较，从而实现频率合成。

在此方法中，数字信号由一个ARB（任意波形发生器）产生，然后通过一个分频器进行分频，得到一个低频数字信号。

然后，这个低频数字信号以作为输入信号，通过两个锁相环（一个主锁相环，一个辅助锁相环）进行比较和过滤，最终输出高质量的数字信号。

这种方案非常简单，低成本、功耗低，适用于低频合成，但缺点是精度较低。

第二种方案是数字信号处理器（DSP）。

为了实现更高精度和更高的频率合成，可以采用DSP来实现。

首先，数字信号由一个ARB产生，并通过高速ADC进行采样。

然后，DSP通过数字滤波器等技术将这些数字信号进行处理，最终输出精度高、频率高的数字信号。

这种方案的优点是可以实现高精度、高频率的数字信号合成，但缺点是复杂度高、功耗大。

第三种方案是FPGA（现场可编程门阵列）。

FPGA相当于一个可编程的芯片，在硬件上实现数字信号处理和频率合成这两个功能。

这种方案的优点是高度灵活、可修改、功耗低，可实现多路复用，缺点是工程量大、难度较高。

总的来说，实现直接数字频率合成器的技术方案有很多，具体的方案应根据具体的应用场景和需要来确定。

如果需要实现低成本、低功耗的低频率合成，则可以采用PLL技术的方案。

如果需要实现高精度、高频率的数字信号合成，则可以采用DSP的方案。

如果需要更高的灵活性和可修改性，则可以采用FPGA的方案。

数字频率合成器原理

数字频率合成器原理
数字频率合成器（DigitalFrequencySynthesizer）是一种电子设备，用于产生高精度和可调节的频率信号。

其原理基于数字信号处理技术和参考时钟信号。

数字频率合成器的工作原理如下：
1.参考时钟：数字频率合成器首先接收一个高精度稳定的参考时钟信号，通常是一个晶体振荡器提供的恒定频率信号。

这个参考时钟作为系统的时基。

2.相位积累器：参考时钟信号经过相位积累器，对其相位进行连续的积累。

相位积累器根据所需输出频率的要求，按照一定的步进值或相位增量来累加相位。

每个时钟周期，相位积累器的相位都会根据步进值逐渐增加，并形成一个随时间线性增长的相位。

3.相位加法器：相位积累器的输出与一个可编程的相位加法器进行相位叠加。

该相位加法器接收用户输入的频率控制字（FrequencyControlWord），用于设定所需频率的分辨率和范围。

在每个时钟周期中，相位加法器将相位积累器的输出相位与频率控制字相加，得到一个新的相位。

4.数字到模拟转换器（DAC）：经过相位加法器得到的新相位被输
入到数字到模拟转换器中，将其转换为连续的模拟信号。

这个模拟信号的频率由相位积累器的输出相位和频率控制字来决定。

5.滤波器：通过一个低通滤波器对模拟信号进行滤波，去除高频噪声，得到所需频率信号的纯净输出。

滤波后的信号即为数字频率合成器的输出信号。

由于数字频率合成器采用数字信号处理技术，可以精确控制输出频率，并具有较低的抖动和相位噪声。

它在电子通信、射频信号生成、音频合成等领域有广泛应用。

dds直接频率合成器原理

dds直接频率合成器原理DDS直接频率合成器是一种基于数字信号处理技术的频率合成器，可以通过数字控制直接产生高精度的频率输出。

它的原理是利用数字信号处理器（DSP）或者微控制器（MCU）等数字电路对数字信号进行处理，通过改变数字信号的相位和频率来实现产生不同频率的输出信号。

DDS直接频率合成器的核心是相位累加器和查找表。

相位累加器是一个计数器，它以固定的时钟频率递增，产生一个连续的相位值。

查找表是存储了一组相位值对应的幅值的存储器，可以根据相位值查找到对应的幅值。

工作原理如下：首先，输入一个参考时钟信号，通过一个频率分频器将其分频得到一个低频时钟信号。

然后，将这个低频时钟信号作为相位累加器的时钟信号，使得相位累加器按照一定的频率递增。

同时，将相位累加器的输出作为查找表的地址信号，查找表输出对应的幅值。

最后，将这个幅值经过数模转换器（DAC）转换为模拟信号输出。

DDS直接频率合成器具有以下优点：首先，由于数字信号处理技术的应用，可以实现高精度的频率合成，频率分辨率高，可以达到很小的步进值。

其次，相位累加器的递增速度可以很快，可以实现高频率的输出信号。

此外，由于采用数字控制，可以灵活地改变输出频率，并且可以实现频率的精确锁定和调制等功能。

DDS直接频率合成器在很多领域得到了广泛应用。

在通信领域，它可以用于数字调制、解调和频率转换等应用中。

在测试与测量领域，它可以用于频率标准和信号发生器等设备中。

在医疗仪器、声音合成等领域，它也有着重要的应用。

然而，DDS直接频率合成器也存在一些问题。

首先，由于相位累加器的递增速度较快，会导致较高的时钟频率要求，增加了电路设计的复杂度。

此外，由于相位累加器的递增是离散的，会导致输出信号中出现离散谐波，需要通过滤波器进行抑制。

此外，由于数字信号处理的复杂性，需要较高的计算能力和存储器容量，增加了系统成本。

DDS直接频率合成器是一种基于数字信号处理技术的频率合成器，通过相位累加器和查找表实现对输出频率的控制。

直接数字频率合成

设计实例
N位
频率 M 控制字
累加器
相位寄存器
fc
频率控制字M 控制DDS输出正（余）弦波的频率
时钟源
相位控制字
加法器
正(余)弦查找表
相位控制字控制DDS输出正（余）弦波的相位
DAC
LPF
输出频率 fout
设计实例
N位
频率 M 控制字
累加器
相位寄存器
fc
相位控制字
加法器
正(余)弦查找表
设计实例
直接数字频率合成
1971年，学者J．Tierncy、 C.M.Rader和提出了以全数字技术、从相位概念出发直接合成所需波形的一种新的频率合成原理。
随着技术和器件水平的提高，一种新的频率合成技术——直接数字频率合成（DDS, Direct Digital Synthesis）得到了飞速的发展。 DDS技术是一种把一系列数字形式的信号通过DAC转换成模拟形式的信号的合成技术。
设计实例
CLK FRE Q[9..0 ] P HASE[9..0]
T[9 ..0]
LP M_DIRECTI ON＝ "ADD"
LP M_PIP ELI NE＝
累加器
LP M_REP RESENTATION＝ "UNSIGNE D"
LP M_WIDTH＝ 10
LP M_ADD_SUB
ci n d ataa
DAC
LPF
输出频率 fout
时钟源
波形参数：
Tout=(2N/M)Tc fout=(M/2N)fc 当M=2N-1时， foutmax=f c/2。
设计实例
34 DDS电路的波形仿真结果

直接数字频率合成法原理

直接数字频率合成法原理
直接数字频率合成法是一种基于数字信号处理技术的合成音频信号的方法。

其原理是通过将多个正弦波的数字化信号进行线性叠加，从而合成出具有特定频率和振幅的复合音频信号。

具体步骤如下：
1. 确定所需合成音频信号的频率、持续时间和采样率。

采样率表示每秒对信号进行采样的次数，通常是以赫兹（Hz）为单位。

2. 创建一个空的数字音频数据数组，用于存储合成的音频信号。

3. 对于每个要合成的正弦波，计算其数字化信号。

这可以通过给定频率、振幅和采样率来计算每一点的值。

可以使用以下公式来计算数字信号的每个采样点的值：
数字信号 = 振幅× sin(2π × 频率 ×采样点编号 / 采样率)
其中，采样点编号表示当前采样点在整个信号中的位置。

4. 将多个正弦波的数字信号进行线性叠加，将它们相加得到合成音频信号的数字信号。

可以简单地将每个采样点的值相加，得到合成音频的数字信号值。

5. 将合成音频信号的数字信号值转换为模拟信号值，可以使用数字到模拟信号的转换器（DAC）。

6. 最后，将模拟信号输出到扬声器或其他音频设备上，以生成听觉上可感知的合成声音。

通过调整正弦波的频率、振幅和相位以及叠加不同频率的正弦波，可以合成出各种音调和音色的复合音频信号。

直接数字频率合成器在FPGA中的实现

３：）客户一服务器编程与应用（ｉｏｓＷｎｗ套接字版）Ｍ］ｄ［．北京：清华大学出版社，０２２０．［］泰明．ＣＩ４任ＴＷＰ协议与网络编程［．Ｍ］西安电子科技大学出
丽雯（９１一）女。东交通大学理工学院电气与信息工１８。华
所有数据都包含在ＵＰ数据包中。本设计中使用ＵＰ协议ＤＤ的６９号端口。ＵＰ协议直接与ＩＤＰ层交换数据包。其中Ｕｅｄ）￣Ｓｎ（负责包装ＵＰ层的首部信息，Ｄ传给ＩＳｎ（函数ｐｅｄ）处理；ｄＲｃ（函数负责接收ＩＲｃ（发送过来的信息，Ｕｐｅｖ）ｐｅｖ）判断目的端口否在提供操作服务，果是则激活应用层任务是如进行处理。
［］蒋小洛，海涛．智能家庭网络的实现［］１朱Ｊ．计算机工程，
２０，９７）１９—１００３２（：６７
［］丽平，２严曾辉，．宋凯嵌入式智能家庭网关的研究与设计［］ｊ．微计算机信息，０５２（２：１２０，１１）１６４— ［］Ｄｕｌｏｅ，ａｄＬＳｖｎ、Ｃ／３ｏｇｓＣｍｒＤｆｔｅｓＴＰＩａＥｉｅＰ网络互联技术（卷
求，同时启动一个定时事件，并进入等待ＡＰ应答状态，时Ｒ定
超时或者是收到ＡＰ应答后的Ａｏｅ（得到一个消息，ＲｒＲｑ）如果是应答，就把ＩＰ地址和硬件地址保存到ＡＰ地址缓存表，Ｒ清除定时器，并调用ＥｈｒｅＳｎＤｔ（函数。其流程图如３ｔｅｎｔｅｄａａ）。

直接数字式频率合成器（DDS）的基本原理

直接数字式频率合成器（DDS）的基本原理雷达通信电⼦战相⽐于普通信号源，频率合成器通常频谱更纯、相位噪声更低、频率的切换更快，可分为直接式频率合成器、间接式频率合成器以及直接数字式频率合成器。

直接式频率合成器直接式频率合成器由混频器、倍频器和分频器等组成，对标准频率源进⾏加减乘除等必要的算术操作，再通过放⼤、滤波后分离选出需要的频率信号。

直接式频率合成器设计复杂、效率低下，输出的频率是离散调谐⽽不是连续调谐的，产⽣的虚假频率也可能很多。

它的频率选择速度取决于射频转换速度和在滤波器中的传播，⼀般为⼏⼗到⼏百纳秒级。

间接式频率合成器间接式频率合成器是利⽤锁相环(PLL)原理，⽤标准频率源来控制压控振荡器得到需要的频率。

它有模拟和数字之分，但是多采⽤数字式锁相环，从⽽实现特定场合的⾼性能频率源。

相⽐于直接式频率合成器，它的电路相对简单、体积⼩、重量轻、较省电等特定，但是其频率的切换速度较慢，达到⼏⼗微秒以上，并且环路还存在失锁的可能。

直接数字式频率合成器随着数字技术和MMIC技术的⾼速发展，直接数字式频率合成器(DDS)已⼴泛应⽤于信号产⽣器、电⼦战、数据数字传输等场合。

其关键部件包括：数模转换器、相位累加器、存储器等。

DDS的优点有：频率转换速度快、频率步长精确、相位连续、输出平衡⽆瞬变过程，同时它还具有结构简单、体积⼩、重量轻和成本低等优点。

基本原理DDS系统的核⼼是相位累加器，其内容会在每个时钟周期更新，存储在相位寄存器中的数字M就会累加⾄相位寄存器中，相位累加器的截断输出⽤作正弦(或余弦)查找表的地址，每个地址对应正弦波从0~360度的⼀个相位点，相位信息通过查找表映射⾄数字幅度字，进⽽驱动DAC。

对于n位的相位累加器，存在2的n次⽅个可能的相位点，如果时钟频率为fc，则输出正弦波的频率计算公式如上图中所⽰。

在实际DDS系统中，通常相位输出会被截断，这样可以⼤⼤减⼩查找表的⼤⼩，并且不会影响频率分辨率，但是会最终输出会增加相位噪声。

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实现直接数字频率合成器的三种技术方案[日期：2004-12-7] 来源：电子技术应用作者：杭州商学院信息与电子工程学院姜田华[字体：大中小]摘要：讨论了DDS的工作原理及性能性点，介绍了目前实现DDS常用的三种技术方案，并对各方案的特点作了简单的说明。

关键词：直接数字频率合成器相位累加器信号源现场可编程门限列1971年，美国学者J.Tierney等人撰写的“A Digital Frequency Synthesizer”-文首次提出了以全数字技术，从相位概念出发直接合成所需波形的一种新给成原理。

限于当时的技术和器件产，它的性牟指标尚不能与已有的技术盯比，故未受到重视。

近1年间，随着微电子技术的迅速发展，直接数字频率合成器（Direct Digital Frequency Synthesis简称DDS或DDFS）得到了飞速的发展，它以有别于其它频率合成方法的优越性能和特点成为现代频率合成技术中的姣姣者。

1 DDS基本原理及性能特点DDS的基本大批量是利用采样定量，通过查表法产生波形。

DDS的结构有很多种，其基本的电路原理可用图1来表示。

相位累加器由N位加法器与N位累加寄存器级联构成。

每来一个时钟脉冲fs，加法器将控制字 k与累加寄存器输出的累加相位数据相加，把相加后的结果送到累加寄存器的数据输入端，以使加法器在下一个时钟脉冲的作用下继续与频率控制字相加。

这样，相位累加器在时钟作用下，不断对频率控制字进行线性相位加累加。

由此可以看出，相位累加器在每一个中输入时，把频率控制字累加一次，相位累加器输出的数据就是合成信号的相位，相位累加器的出频率就是DDS输出的信号频率。

用相位累加器输出的数据作为波形存储器（ROM）的相位取样地址。

这样就可把存储在波形存储器内的波形抽样值（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，D/A转换器将数字量形式的波形幅值转换成所要求合成频率的模拟量形式信号。

低通滤波器用于滤除不需要的取样分量，以便输出频谱纯净的正弦波信号。

DDS在相对带宽、频率转换时间、高分头放力、相位连续性、正交输出以及集成化等一系列性能指标方面远远超过了传统频率合成技术所能达到的水平，为系统提供了优于模拟信号源的性能。

（1）输出频率相对带宽较宽输出频率带宽为50%fs（理论值）。

但考虑到低通滤波器的特性和设计难度以及对输出信号杂散的抑制，实际的输出频率带宽仍能达到40%fs。

（2）频率转换时间短DDS是一个开环系统，无任何反馈环节，这种结构使得DDS的频率转换时间极短。

事实上，在DDS的频率控制字改变之后，需经过一个时钟周期之后按照新的相位增量累加，才能实现频率的转换。

因此，频率时间等于频率控制字的传输，也就是一个时钟周期的时间。

时钟频率越高，转换时间越短。

DDS的频率转换时间可达纳秒数量级，比使用其它的频率合成方法都要短数个数量级。

（3）频率分辨率极高若时钟fs的频率不变，DDS的频率分辨率就是则相位累加器的位数N决定。

只要增加相位累加器的位数N即可获得任意小的频率分辨率。

目前，大多数DDS 的分辨率在1Hz数量级，许多小于1mHz甚至更小。

（4）相位变化连续改变DDS输出频率，实际上改变的每一个时钟周期的相位增量，相位函数的曲线是连续的，只是在改变频率的瞬间其频率发生了突变，因而保持了信号相位的连续性。

（5）输出波形的灵活性只要在DDS内部加上相应控制如调频控制FM、调相控制PM和调幅控制AM，即可以方便灵活地实现调频、调相和调幅功能，产生FSK、PSK、ASK和MSK等信号。

另外，只要在DDS的波形存储器存放不同波形数据，就可以实现各种波形输出，如三角波、锯齿波和矩形波甚至是任意的波形。

当DDS的波形存储器分别存放正弦和余弦函数表时，既可得到正交的两路输出。

（6）其他优点由于DDS中几乎所有部件都属于数字电路，易于集成，功耗低、体积小、重量轻、可靠性高，且易于程控，使用相当灵活，因此性价比极高。

DDS也有局限性，主要表现在：（1）输出频带范围有限由于DDS内部DAC和波形存储器（ROM）的工作速度限制，使得DDS输出的最高频有限。

目前市场上采用CMOS、TTL、ECL工艺制作的DDS工习片，工作频率一般在几十MHz至400MHz左右。

采用GaAs工艺的DDS芯片工作频率可达2GHz 左右。

（2）输出杂散大由于DDS采用全数字结构，不可避免地引入了杂散。

其来源主要有三个：相位累加器相位舍位误差造成的杂散；幅度量化误差（由存储器有限字长引起）造成的杂散和DAC非理想特性造成的杂散。

2 实现DDS的三种技术方案2.1 采用高性能DDS单片电路的解决方案随着微电子技术的飞速发展，目前高超性能优良的DDS产品不断推出，主要有Qualcomm、AD、Sciteg和Stanford等公司单片电路（monolithic）。

Qualcomm 公司推出了DDS系列Q2220、Q2230、Q2334、Q2240、Q2368，其中Q2368的时钟频率为130MHz，分辨率为 0.03Hz，杂散控制为-76dBc，变频时间为0.1μs;美国AD公司也相继推出了他们的DDS系列：AD9850、AD9851、可以实现线性调频的AD9852、两路正交输出的AD9854以及以DDS为核心的QPSK调制器AD9853、数字上变频器AD9856和AD9857.AD公司的 DDS系列产品以其较高的性能价格比，目前取得了极为广泛的应用。

AD公司的常用DDS芯片选用列表见表1.下面仅对比较常用的AD9850芯片作一简单介绍。

表1 AD公司的常用DDS芯片选用列表AD9850是AD公司采用先进的DDS技术1996年推出的高集成度DDS频率合成器，它内部包括可编程DDS系统、高性能DAC及高速比较器，能实现全数字编程控制的频率合成器和时钟发生器。

接上精密时钟源，AD9850可产生一个频谱纯净、频率和相位都可编程控制的模拟正弦波输出。

此正弦波可直接用作频率信号源或转换成方波用作时钟输出。

AD9850接口控制简单，可以用8位并行口或串行口经、相位等控制数据。

32位频率控制字，在125MHz时钟下，输出频率分产率达0.029Hz。

先进的CMOS工艺使AD9850不仅性能指标一流，而且功耗少，在3.3V供电时，功耗仅为155mW。

扩展工业级温度范围为-40～+85摄氏度，其封装是28引脚的SSOP表面封装。

AD9850采用32位相位累加器，截断成14位，输入正弦查询表，查询表输出截断成10 位，输入到DAC。

DAC输出两个互补的模拟电流，接到滤波器上。

调节DAC满量程输出电流，需外接一个电阻Rset，其调节关系是Iset=32 （1.248V/Rset），满量程电流为10～20mA。

2.2 采用低频正弦波DDS单片电路的解决方案Micro Linear公司的电源管理事业部推出低频正弦波DDS单片电路ML2035以其价格低廉、使用简单得到广泛应用。

ML2035特性：（1）输出频率为直流到25kHz，在时钟输入为12.352MHz野外频率分辨率可达到1.5Hz（-0.75～+0.75Hz），输出正弦波信号的峰-峰值为Vcc；（2）高度集成化，无需或仅需极少的外接元件支持，自带3～12MHz晶体振荡电路；（3）兼容的3线SPI串行输入口，带双缓冲，能方便地配合单片机使用；（4）增益误差和总谐波失真很低。

ML2035为DIP-8封装，各引脚功能如下：（1）Vss：-5V电源；(2)SCK：串行时钟输入，在上升沿将串行数据锁入16位移位寄存器；（3）SID：串行数据输入，该串行数据为频率控制字，决定6脚输出的频率；（4）LATI：串行数据锁存，在下降沿将频率控制字锁入16位数据锁存器；（5）Vcc：+5电源；（6）Vout：模拟信号输出；（7）GND：公共地，输入、输出均以此点作为参考点；（8）CLK IN：时钟输入，可外接时钟或石英晶体。

ML2035生成的频率较低（0～25kHz），一般应用于一些需产生的频率为工频和音频的场合。

如用2片ML2035产生多频互控信号，并与AMS3104（多频接收芯片）或ML2031/2032（音频检波器）配合，制作通信系统中的收发电路等。

可编程正弦波发生器芯片ML2035设计巧妙，具有可编程、使用方便、价格低廉等优点，应用范围广泛。

很适合需要低成本、高可靠性的低频正弦波信号的场合。

ML2037是新一代低频正弦波DDS单片电路，生成的最高频可达500kHz。

2.3 自行设计的基于FPGA芯片的解决方案DDS技术的实现依赖于高速、高性能的数字器件。

可编程逻辑器件以其速度高、规模在、可编程，以及有强大EDA软件支持等特性，十分适合实现DDS技术。

Altera是著名的PLD生产厂商，多年来一直占据着行业领先的地位。

Altera 的 PLD具有高性能、高集成度和高性价比的优点，此外它还提供了功能全面的开发工具和丰富的IP核、宏功能外它还提供了功能全面的开发工具和丰富的IP 核、宏功能库等，因此Altera的产品获得了广泛的应用。

Altera的产品有多个系列，按照推出的先后顺序依次为Classic系列、MAX （Multiple Array Matrix）系列、FLEX（Flexible Logic Element Matrix）系列、APEX（Advanced Logic Element Matrix）系列、ACEX系列、Stratix系列以及Cyclone等。

Max+plusII是Altera提供的一个完整的EDA开发软件，可完成从设备输入、编译、逻辑综合、器件适配、设计仿真、定时分析、器件编程的所有过程。

QuartusII 是Altera近几年来推出的新一代可编程逻辑器件设计环境，其功能更为强大。

用Max+plusII设计DDS系统数字部分最简单的方法是采用原理图输入。

相位累加器调用lmp_add_sub加减法器模拟，相位累加器的好坏将直接影响到整个系统的速度，采用流水线技术能大幅度地提升速度。

波形存储器（ROM）通过调用lpm_rom元件实现，其LPM_FILE的值*.mif是一个存放波形幅值的文件。

波形存储器设计主要考虑的问题是其容量的大小，利用波形幅值的奇、偶对称特性，可以节省3/4的资源，这是非常可观的。

为了进一步优化速度的设计，可以选择菜单Assign|Globan Project Logic Synthesis的选项Optimize10（速度），并设定Global Project Logic Synthesis Style为FAST，经寄存器性能分析最高频率达到100MHz以上。