00频率可变的任意波形发生器的设计
基于DDS技术的任意波形发生器的设计
基于DDS技术的任意波形发生器的设计1.设计思路信号发生器广泛应用于电子电路、自动控制和科学试验等领域。
是一种为电子测量和计量工作提供符合严格技术要求的电信号设备，也是应用最广泛的电子仪器之一，几乎所有的电参量的测量都需要用到信号发生器。
本设计研究的信号发生器的基本思路是：基于DDS芯片AD9850基础的任意波形发生器。
系统是基于AD9850芯片产生的波形。
它是由相位累加器、正弦查询表、D/A转换器组成的集成芯片。
其中相位累加器的位数N=32位，寻址RAM用14位，舍去18位，采用高速10位数模转换，DDS的时钟频率为125MHz，输出信号频率分辨率可达0.0291Hz；系统的微处理器采用8051，外围电路主要是接口电路、调幅电路、滤波电路和积分电路的设计。
同时还包括键盘接口。
系统的软件主要是启动和初始化8051，然后处理键盘输入的频率控制字和相位控制字，并将其转换为32位的二进制数的控制字，最后并行递交给AD9850并启动AD9850，让它实现从正弦查询表中取数产生波形再输出。
2.方案设计2.1 DDS的基本原理1971年，美国学者J. Tierncy, C. M. Rader和B. Gold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。
限于当时的技术和器件水平，它的性能指标尚不能与已有的技术相比，故未受到重视。
近20年间，随着技术和器件水平的提高，一种新的频率合成技术——直接数字合成频率合成（DDS）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佼佼者。
DDS基本原理图如图1所示，DDS由相位累加器，只读存储器，数模转换器DAC及低通滤波器组成。
以合成正弦波为例，幅值表ROM中存有正弦波的幅值码，相位累加器在时钟f c的触发下，对频率控制字K进行累加，相位累加器输出的相位序列（即相码）作为地址去寻址ROM，得到一系列离散的幅度编码（即幅码）。
任意波形发生器的电路设计与实现
改进DDS技术的FPGA数字调制器研究与实现-压电与声光2009,31(6)
提出了一种基于改进直接数字频率合成(DDS) 技术的现场可编程门阵列(FPGA)数字调制器设计与实现方法.该方法首先对DDS技术进行改进,然后再利用这种改进的DDS技术在Matlab/ DSP Builder环境下建立现场可编程门阵列(FPGA)数字调制器的设计模型.通过对二元频移键控(BFSK) 的仿真实验表明,使用这种改进DDS技术的FPGA数字调制器实现方法建立的模型进行算法级和寄存器传输级(RTL)仿真,不仅能验证模型的正确性和有效性,且还简化系统的硬件电路,节省系统资源,提高系统的可靠性与灵活性,最终达到成本低,修改方便,快速产生多种模式数字调制信号的目的.
7.期刊论文徐鑫.凌小峰.宫新保.Xu Xin.Ling Xiaofeng.Gong Xinbao宽带噪声调频信号产生系统的数字化硬件
实现-航天电子对抗2009,25(5)
宽带高精度的噪声调频信号在现代电子干扰系统中应用广泛.传统的模拟或半数字化的噪声调频信号产生方式容易受到温度等环境因素的影响,已无法满足现代电子战中对噪声调频信号的要求.提出了一种新型的噪声调频信号产生方式,基于现场可编程门阵列FPGA的全数字化实现架构,通过直接数字频率合成DDS技术实现.FPGA的时序分析结果表明,该系统主频到达了250MHz以上.对硬件实现电路的测试结果表明,该系统能够产生带宽超过300MHz、带宽调整精度5kHz以内的噪声调频信号.
模拟器数字中频系统的设计.
本文链接:/Thesis_Y1082136.aspx
频率可变的任意波形发生器
深圳大学实验报告课程名称：Verilog使用及其应用实验名称：频率可变的任意波形发生器学院：电子科学与技术学院一、前言波形发生器是一种数据信号发生器，在调试硬件时，常常需要加入一些信号，以观察电路工作是否正常，在实验与工程中都具有重要的作用。
随着电子技术的发展与成熟，电子工程领域对波形发生器的要求越来越高，不仅要求波形发生器具有连续的相位变换，频率稳定等特点，还要求波形发生器可以模拟各种复杂信号，并能做到幅度、频率，相位，波形动态可调。
Verilog HDL是一种硬件描述语言（HDL:Hardware Discription Language），是一种以文本形式来描述数字系统硬件的结构和行为的语言，用它可以表示逻辑电路图、逻辑表达式，还可以表示数字逻辑系统所完成的逻辑功能。
本实验正是基于Verilog HDL语言对波形发生器的功能进行描述，并进行仿真，从而了解与掌握波形发生器的内部工作原理，并进一步熟悉与掌握Verilog HDL语言，将课堂所学知识进行实践。
二、实验原理总体设计方案及其原理说明：FPGA图1-1 系统总体设计方案DDS是一种把数字信号通过数/模转换器转换成模拟信号的合成技术。
它由相位累加器、相幅转换函数表、D/A转换器以及内部时序控制产生器等电路组成。
参考频率f_clk为整个合成器的工作频率,输入的频率字保存在频率寄存器中,经Ｎ位相位累加器,累加一次,相位步进增加,经过内部ROM波形表得到相应的幅度值,经过D/A转换和低通滤波器得到合成的波形。
△P为频率字,即相位增量;参考频率为ｆ_clk;相位累加器的长度为Ｎ位,输出频率ｆ_out为：F_out——输出信号的频率；N————相位累加器的位数；△P———频率控制字（步长）；F_clk——基准时钟频率。
图1-2 四种波形单周期的取样示意图段地址基地址 16位二进制数代表波形的取值00 000 000 001 7000 010 10000 011 7000 100 000 101 -7000 110 10000 111 -7001 000 10001 001 10001 010 10001 011 10001 100 -10001 101 -10001 110 -10001 111 -10010 000 010 001 2510 010 5010 011 7510 100 10010 101 12510 110 15010 111 17511 000 17511 001 15011 010 12511 011 10011 100 7511 101 5011 110 2511 111 0图1-3 函数查找表的设计三、源程序module dds(f_clk,p,choice,data);//模块的端口设定input [15:0] p; //频率控制字input[1:0] choice; //波形选择变量input f_clk; //输入时钟信号output [15:0] data; //波形数值输出wire [15:0] data;reg [5:0] addr,address; //波形数值所在地址reg [15:0] count;reg f_out; //经P变量频率控制调动后的时钟信号initialbegincount<=0;addr<=0;f_out<=0;function [15:0]rom; //ROM中各波形数值的设定input[5:0] address;case(address) //波形选择0 : rom = 0; //正弦波1 : rom = 70;2 : rom = 100;3 : rom = 70;4 : rom = 0;5 : rom = -70;6 : rom = -100;7 : rom = -70;8 : rom = 100; //方波9 : rom = 100;10: rom = 100;11: rom = 100;12: rom = -100;13: rom = -100;14: rom = -100;15: rom = -100;16 : rom = 0; //正三角波17 : rom = 25;18 : rom = 50;19 : rom = 75;20 : rom = 100;21 : rom = 125;22 : rom = 150;23 : rom = 175;24 : rom = 175; //负三角波25 : rom = 150;26 : rom = 125;27 : rom = 100;28 : rom = 75;29 : rom = 50;30 : rom = 25;31 : rom = 0;default : rom = 10'hxx;endcaseendfunctionalways @(posedge f_clk) //利用计数器count变量实现分频beginif(count==p) //设置频率控制字count=0;f_out=~f_out;endelsecount=count+1;endalways@(posedge f_out)beginif(addr==7) //波形取8个点，实现波形数据切换addr=0;elseaddr=addr+1;case(choice) //选择波形0: address=addr;1: address=addr+8;2: address=addr+16;3: address=addr+24;endcaseendassign data = rom(address);//将ROM中对应的数据传递到data端口输出endmodule四、仿真程序module test;wire [15:0] data;wire [5:0] address;reg [15:0] p;reg f_clk;reg [1:0] choice;always #10 f_clk = ~f_clk;initial //波形的初始化beginf_clk =0;p=2; //频率控制字为2时的波形choice=0;#1050 choice = 1;//延时，切换波形，使所有波形能够在同一个仿真结果#1500 choice = 2;#1500 choice = 3;#1000 p=5; //延时，更换频率#500 choice=0;#1050 choice = 1;#1500 choice = 2;#1500 choice = 3;#1000 p=15; //延时，更换频率#500 choice=0;#1050 choice = 1;#1500 choice = 2;#1500 choice = 3;enddds phase (.f_clk (f_clk),.p(p),.choice(choice),.data(data)); //调用dds模块endmodule五、实验结果。
任意波形发生器的设计(改)
课程设计任务书学生姓名：侯康专业班级：电子科学与技术0802班指导教师：梁小宇工作单位：信息工程学院题目: 任意波形发生器的设计初始条件：本设计既可以使用集成计数器、存储器、D/A转换器、运放、555定时器、必要的门电路等；电阻、电容、二极管、开关等分立元件若干。
本设计也可以使用单片机系统构建任意波形发生器。
自行设计所需电源。
要求完成的主要任务:（包括课程设计工作量及其技术要求，以及说明书撰写等具体要求）1、课程设计工作量：1周。
2、技术要求：①可产生三种以上波形，如：三角波，方波和正弦波，由开关进行切换选择。
②波形数据存放于EPROM中。
③可通过改变CP信号的周期改变输出波形的频率，频率范围：100~9999Hz。
④产生的波形信号幅值：0.5~5V。
⑤确定设计方案，按功能模块的划分选择元、器件和中小规模集成电路，设计分电路，画出总体电路原理图，阐述基本原理。
3、查阅至少5篇参考文献。
按《武汉理工大学课程设计工作规范》要求撰写设计报告书。
全文用A4纸打印，图纸应符合绘图规范。
时间安排：1、2010 年6 月25 日集中，作课设具体实施计划与课程设计报告格式的要求说明。
2、2010 年6 月26 日，查阅相关资料，学习电路的工作原理。
2、2010 年6 月27 日至2010 年 6 月30 日，方案选择和电路设计。
2、2010 年6 月30 日至2010 年7 月1 日，电路调试和设计说明书撰写。
3、2010 年7 月2 日上交课程设计成果及报告，同时进行答辩。
课设答疑地点：鉴主13楼电子科学与技术实验室。
指导教师签名：年月日系主任（或责任教师）签名：年月日目录摘要 (I)Abstract (II)1. 绪论 (1)2.设计内容及要求 (2)2.1设计任务及目的 (2)2.1.1设计目的 (2)2.2.2 设计内容及技术要求 (2)2.2 设计思想及方案选择 (2)3.设计原理及单元模块设计 (4)3.1 设计原理及方法 (4)3.2 单元模块设计 (4)3.2.1 MCU微控制器 (4)3.2.2 LCD显示器 (5)3.3.3 键盘电路 (5)3.3.4 DDS波形产生电路 (6)3.3.5 功率放大电路 (8)4.程序设计 (8)5.总结 (9)参考文献： (10)附录I：整体电路原理图 (11)附录II：C语言源程序........................... 错误！未定义书签。
电子综合设计范例--波形发生器的设计
第2节 电子综合设计范例1----波形发生器的设计一、设计任务与要求1、设计任务设计制作一个波形发生器，该波形发生器能产生正弦波、方波、三角波和由用户编辑的特定形状波形。
示意图如下：2、设计要求⑴基本要求①具有产生正弦波、方波、三角波三种周期性波形的功能。
②用键盘输入编辑生成上述三种波形（同周期）的线性组合波形，以及由基波及其谐波（5次以下）线性组合的波形。
③具有波形存储功能。
④输出波形的频率范围为100Hz～20kHz（非正弦波频率按10次谐波计算）；重复频率可调，频率步进间隔≤100Hz。
⑤输出波形幅度范围O~5V（峰—峰值），可按步进0.1V（峰—峰值）调整。
⑥具有显示输出波形的类型、重复频率（周期）和幅度的功能。
⑵发挥部分①输出波形频率范围扩展至100Hz～200kHz。
②用键盘或其他输入装置产生任意波形。
③增加稳幅输出功能，当负载变化时，输出电压幅度变化不大于±3％（负载电阻变化范围：100Ω~∞）。
④具有掉电存储功能，可存储掉电前用户编辑的波形和设置。
⑤可产生单次或多次（1000次以下）特定波形（如产生1个半周期三角波输出）。
⑥其他（如增加频谱分析、失真度分析、频率扩展>200kHz、扫频输出等功能）。
二、方案论证与比较1、常见信号源制作方法方案一：采用模拟分立元件或单片压控函数发生器MAX038，可产生正弦波、方波、三角波，通过用锁相式频率合成方案。
锁相式频率合成是将一个高稳定度和高精确度的标准频率经生器常采用的原理 DDFS 的基本原理框图如图1所示。
图1 DDFS 的基本原理框图输出波形的一个完整的周期、幅中。
当RAM 的地址变化时，DAC 的常数，便改变了每个周期中的点数，而这些点数正是用来改变整个波形的频率。
辨率在相位累加器的位数N 足够大时，理论上可以获得相应的分辨精度，这是调整外部元件可改变输出频率，但采用模拟器件由于元件分散性太大，即使使用单片函数发生器，参数也与外部元件有关，外接的电阻电容对参数影响很大，因而产生的频率稳定度较差、精度低、抗干扰能力低、成本也高；而且灵活性较差，不能实现任意波形以及波形运算输出等智能化的功能。
DG2000系列函数 任意波形发生器手册说明书
函数/任意波形发生器系列DG2000 独创的SiFi II(Signal Fidelity II)技术：逐点生成任意波形，不失真还原信号，采样率 精确可调，所有输出波形（包括：方波、脉冲等）抖动低至200ps 每通道任意波存储深度16Mpts标配等性能双通道，相当于两个独立信号源 ±1ppm高频率稳定度，相噪低至-105dBc/Hz 内置最高8次谐波发生器内置7 digits/s，240MHz带宽的全功能频率计多达160种内建任意波形，囊括了工程应用、医疗电子、汽车电子、数学处理等各 个领域的常用信号采样率高达250MSa/s，垂直分辨率16bits主机具有任意波形序列编辑功能，也可通过上位机软件生成任意波形 多种模拟和数字调制功能：AM、FM、PM、ASK、FSK、PSK和PWM 标配波形叠加功能，可以在基本波形的基础上叠加指定波形后输出标配通道跟踪功能，跟踪打开时，双通道所有参数均可同时根据用户的配置更新 标配接口：USB Host & Device、LAN（LXI Core 2011 Device）；支持USB-GPIB功能 4.3英寸TFT彩色触摸显示屏 支持RS232、PRBS和DualTone输出2 设计特色独创的SiFi II技术符合触摸操作的UI设计Advanced功能输出逐点生成任意波，不失真还原信号，较上一代SiFi技术相比，增加了多种滤波模式，同时支持边沿时间动态调整。
全新的UI和操作体验，触摸屏支持拖动以及点击操作。
同时键盘能够脱离触摸屏完成所有参数设置。
支持PRBS以及RS232码型输出，支持本地序列编辑。
100MHz带宽高斯白噪声3DG2000系列函数/任意波形发生器设备尺寸：宽×高×深=261.5mm×112mm×318.4mm 重量：3.2kg（不含包装）4 功能界面等性能双通道功能内置160 种任意波具有独创的SiFi II技术的任意波功能ⅡBurst 功能多种模拟和数字调制功能扫频功能标配谐波发生器功能双音功能PRBS功能RS232功能序列功能5波形叠加功能标配7 digits/s，240MHz带宽的频率计通道及系统设置文件管理功能67DG2000系列技术指标上升/下降时间典型（1Vpp，1kHz）≤9ns过冲典型（100kHz，1Vpp）≤5%占空比0.01%至99.99%（受当前频率设置限制）不对称性周期的1%+4ns 抖动（rms）典型（1Vpp）≤5MHz：周期的2ppm+200ps >5MHz：200ps锯齿波线性度≤峰值输出的1%（典型值，1kHz，1VPP，对称性100%）对称性0%至100% 技术指标除非另有说明，所有技术规格在以下两个条件成立时均能得到保证。
任意波形发生器方案
任意波形发生器的设计方案12电信1 张晓航 1200301108 一，选择课题：电子测量仪器设计——任意波形发生器设计二，设计要求：能产生方波、三角波、正弦波、锯齿波信号。
主要技术指标：(1)输出频率范围100HZ~1KHZ、1~10KHZ(2)输出电压：方波UPP=6V，三角波UPP=6V，正弦波UPP>1V，锯齿波UPP=6V。
三，仪器仪表清单：1．直流稳压电源 1台 2．双踪示波器 2台3．运放741（LM324n）*3 4.二极管 1N4154*2 1N4680*25．电位器50K*2 1K*1 6．电容1μF 47nF *17．电阻 100k 10k 5k 3k 4k 96k若干 8．面包板 1块9．剪刀１把 10．仪器探头线 2根11．电源线若干四，设计考虑因素：信号发生器可以通过多种方法设计产生，但是考虑到如果使用芯片去完成可能所需要的成本比较高，但如果用单片机等则设计太复杂，还需要嵌入相应代码，有点大材小用，综合多方面的因素考虑该方案是可行性比较高，性价比比较高的一种方案，同时，能够让我对于一些专业基础知识有了更深的了解。
元器件可重复利用，符合现在可持续发展的绿色思想。
该电路具有结构、思路简单，运行时性能稳定且能较好的符合设计要求，对原器件要求不高，且成本低廉、调整方便.五，函数发生器的总方案：为进一步掌握电路的基本理论及实验调试技术，本课题采用由集成运算放大器与晶体管差分放大器共同组成的方波—三角波（锯齿波）—正弦波函数发生器的设计方法。
本课题中函数发生器电路组成框图如下所示：函数发生器电路组成框图由比较器和积分器组成方波—三角波产生电路，比较器输出的方波经积分器得到三角波，三角波到正弦波的变换电路主要由差分放大器来完成。
差分放大器具有工作点稳定，输入阻抗高，抗干扰能力较强等优点。
特别是作为直流放大器时，可以有效地抑制零点漂移，因此可将频率很低的三角波变换成正弦波。
波形变换的原理是利用差分放大器传输特性曲线的非线性。
波形发生器设计方案
波形发生器设计方案一、引言波形发生器是一种电子设备，用于产生具有特定频率、振幅和形状的电信号。
它在各种应用中广泛使用，例如科学实验、医疗设备和通信系统等。
本文将介绍一种波形发生器的设计方案。
二、设计原理波形发生器的设计原理是基于振荡电路。
振荡电路是一种能够稳定产生周期性信号的电路，通常采用反馈路径来实现。
在波形发生器中，我们将采用RC振荡电路作为基础。
三、设计步骤1. 选择合适的电路元件我们需要选择合适的电容和电阻来构建RC振荡电路。
根据所需的频率范围和精度要求，选取合适的元件。
2. 计算元件数值根据振荡电路的设计公式，计算所需的电容和电阻数值。
确保电容和电阻的数值可获得并满足设计需求。
3. 组装电路根据所选的电路元件和计算得到的数值，组装RC振荡电路。
确保元件的正确连接，并注意防止干扰和噪音。
4. 调试和优化连接电源后，使用示波器监测输出信号。
如果波形不满足设计要求，可以调整电容或电阻的数值进行优化。
四、特性和功能该波形发生器设计方案具有以下特性和功能：1. 频率可调性：通过调整电容或电阻的数值，可以实现不同频率的输出信号。
2. 波形形状可变性：根据实际需求，可以调整电路参数以产生正弦波、方波、矩形波等不同形状的输出信号。
3. 稳定性和精度：经过调试和优化后，该波形发生器能够稳定输出准确的波形信号。
五、应用领域本设计方案的波形发生器可应用于以下领域：1. 科学实验：在物理、化学等实验中，需要产生特定频率和形状的信号，用于测试和研究。
2. 医疗设备：在医疗设备中，波形发生器常用于心电图机、超声设备等，用于诊断和治疗。
3. 通信系统：在通信系统中，波形发生器被用于产生调制信号和时钟信号等，保证通信的稳定和可靠。
六、总结波形发生器是一种重要的电子设备，在多个领域中发挥着重要作用。
本文介绍了一种基于RC振荡电路的波形发生器设计方案，通过选择合适的元件、计算数值、组装电路和调试优化等步骤，可以实现频率可调、波形形状可变的输出信号。
数字电路综合实验_频率可调的任意波形发生器的设计及实现
26实验室研究与探索LABO RA TO R Y R ESEA RCH AND EXPLO RA T I ON1999年 第5期・实验教学・数字电路综合实验——频率可调的任意波形发生器的设计及实现徐小凤, 江一山(常州技术师范学院电子系,江苏常州市213001)摘 要:介绍了数字电路综合实验“频率可调的任意波形发生器”的设计方案及实验方法。
该实验涉及到数字电路课程的逻辑电路、存贮器、定时器、数模转换等内容,有利于提高学生分析问题的能力和动手能力。
关键词:数字电路;设计原理;实践能力C om p re he ns ive Expe ri m e nt ofD ig ita l C ircuit ——D e s ign a nd Re a liza tion of Ad jus ta b le F re que ncy 2Ra ndom W a ve s G e ne ra to rX U X iao 2f eng J IA N G Y i 2shan(Changzhou T eachers Co llege of T echno logy ,Changzhou ,213001,Ch ina )Abstract :T h is article in troduced the design and realizati on of the com p rehen sive exp eri m en t of digital circu it ——adju stab le frequency 2random w aves generato r .It is concerned w ith logic circu it 、m em o ry 、ti m er 、D A converter of digital circu it cou rse ,and is favou rab le to i m p rove studen t’s ab ility in analysing p rob lem s and p ractice .Key words :digital circu it ;design p rinci p le ;p ractising ab ility收稿日期:1999201221 “脉冲与数字电路”是电子类专业的一门基础课。
任意波形发生器设计
任意波形发生器设计一、设计目标和需求分析在进行任意波形发生器设计之前，首先需要明确设计目标和需求。
根据实际应用需求，我们需要设计一种具有以下特点的任意波形发生器：1.多种波形形状：能够产生包括正弦波、方波、三角波、锯齿波等多种波形形状的输出信号。
2.高精度输出：能够提供稳定、精确的波形输出，满足对波形频率、幅度、相位等参数的要求。
3.宽频率范围：能够在较宽的频率范围内产生波形信号，适应不同应用场景的需求。
4.灵活性和操作便捷：具备灵活的参数调节和操作界面，方便用户配置所需波形信号。
二、电路设计和构成基于以上需求，我们可以采用数字/模拟混合电路来设计任意波形发生器。
整体电路结构包括信号发生器、波形调节电路、滤波器、放大器和输出接口等几大部分。
1.信号发生器：信号发生器是生成基本信号的核心部分。
可以采用数字逻辑电路，通过编程控制产生不同形状的基本波形，例如正弦波、方波、三角波、锯齿波等。
可以使用存储器来存储基本波形的采样点，并通过数字模拟转换器（DAC）将数字信号转换为模拟信号。
2.波形调节电路：波形调节电路用于调整波形的频率、幅度和相位等参数。
通过调整振荡电路中的电阻、电容或电感等元件，实现对基本波形的变换和调节。
可以设计多种电路模块来完成这一任务，例如可变电容二极管电路、可调电阻电路等。
3.滤波器：滤波器用于对产生的波形信号进行滤波处理，除去高频或低频的杂散分量，保留所需频率范围内的信号。
可以采用各种类型的滤波器电路，例如RC滤波器、有源滤波器或数字滤波器等。
4.放大器：放大器用于增强波形信号的幅度，确保输出的信号具备足够的驱动能力，可以驱动接收端电路。
可以采用运放等放大电路，根据需要选择合适的增益。
5.输出接口：输出接口用于将产生的波形信号输出给外部设备。
可以设计多种类型的输出接口，例如模拟输出接口（BNC接口）、数字输出接口（USB接口）等，方便用户接入不同类型的设备。
三、实现方法和关键技术在设计任意波形发生器时，需要考虑以下关键技术和实现方法：1.数字信号处理技术：通过数字信号处理技术，实现对基本波形的生成、存储和输出。
频率可变的任意波形发生器的设计
深圳大学实验报告课程名称：Verilog数字系统设计教程实验工程名称：频率可变任意波形发生器的设计学院：电子科学与技术专业：微电子指导教师：刘春平报告人：潘志钟学号： 2007160051班级： 07级微电1班实验时间：2009-12-8 ~ 2010-1-11实验报告提交时间：2010-1-4教务处制（·····这里可加前言摘要之类的东西····自己想来写···）1设计原理DDS 是一种把数字信号通过数/模转换器转换成模拟信号的合成技术。
直接数字频率合成技术(DDS )是一种以采样定理为基础的全数字化频率合成波形的方法。
DDS 频率合成器主要由频率寄存器、相位寄存器(需要时可加入)、相位累加器、波形存储表(ROM ),DAC 转换器和模拟低通滤波器(LPF )等组成。
在系统时钟(SYSCLK )输入一定的情况下,频率寄存器中的频率控制字决定系统输出频率,而相位累加器的位数决定了系统频率分辨率。
总体设计方案及其原理说明：图 1-1 系统总体设计方案相位累加器由N 位加法器和N 位累加寄存器级联而成。
每当系统时钟SYSCLK 产生一个上升沿,N位加法器将频率寄存器中的频率控制字(FREQDAT A)与上一个系统时钟累加寄存器输出的累加相位数据相加,相加后的结果送累加寄存器。
这样在系统时钟的作用下,不断对频率控制字进行线性相位累加,相位累加器的溢出率就是DDS任意波形发生器的输出频率。
2设计与实现实际上DDS就是通过改变地址增量来达到控制输出频率的目的,而波形存储器(ROM)是以相位为地址,存有一个或多个按相位划分幅值的波形幅度信息。
参考频率f_clk为整个合成器的工作频率,输入的频率字保存在频率寄存器中,经Ｎ位相位累加器,累加一次,相位步进增加,经过内部ROM波形表得到相应的幅度值,经过D/A转换和低通滤波器得到合成的波形（数模转换在这里不作要求）。
基于FPGA的任意波形发生器的设计和实现范文
0 引言在腐蚀领域和电镀行业，常常需要使用任意波形的电流电压信号进行生产和测试。
任意波形是指频率可变、幅值可变、相位可变的正弦波形和其他波形，如三角波形、锯齿波、特殊波形等。
目前任意波形发生器大多采用直接数字频率合成(DDS)技术，即将波形的数字量信号存储于存储器中，嵌入式主机以一定的速率依次将存储器单元中的波形数据逐个发送给D／A转换器，合成为需要的波形。
随着微处理器日益广泛的应用和大规模集成电路技术的发展，出现了大量能够产生多种波形且性能稳定的任意波形发生器，但大多数方案都是基于串行或并行总线进行数据的传输，这种方案虽然成本较低，但系统的实时性较差，难以满足复杂波形的大数据量的传输要求。
我们设计了一种基于FPGA芯片的任意波形发生器，充分利用了FPGA强大的逻辑功能，实现了利用单片FPGA芯片控制整个系统的方案。
同时选择USB2．0接口芯片CY7C68013，它能较好地与FPGA芯片合作，完成系统预先设计的功能，使总体电路简单，成本低廉，产生的波形信号精度较高。
数字波形数据从上位机通过USB总线直接存储在SRAM数据存储器中，通过FPGA控制，将波形数据读出，送入后向通道进行D／A转换和放大处理后得到所需的模拟信号波形。
与传统的发生器在ROM或FLASH存储波形数据的方法相比，具有更大的灵活性。
1 系统总体结构及工作过程波形发生器以FPGA为核心，它控制着整个系统的读、写、输出等操作，系统框图如图l所示。
上位机将数字波形数据通过USB2．O总线送到数据存储器中，数据存储器循环地将波形数据发送到DAC电路，由DDS电路产生相应的DAC刷新时钟(0～1MHz，步进0．02Hz)，DAC输出波形经缓冲放大、低通滤波、放大输出。
输出的波形频率为0．1Hz(DC)～1MHz(-3dB)，频率分辨率为0．01Hz。
本系统主要由五部分组成：(1)上位机。
主要功能是利用仿真软件(如CVI、MATLAB、VB等)产生所需波形数据，并通过USB接口下载到波形发生器中，其次就是存储USB2．0接口芯片的驱动程序。
任意波形发生器设计报告.
2008级计算机科学与技术专业微机接口课程设计报告2010-2011学年第一学期项目名称：任意波形发生器姓名：_ 学号：成绩：姓名：学号：成绩：指导教师：一、设计：1、设计说明：利用实验仪上的数模转换器DAC0832，将程序中的一组波形的数据转换为电压的变化曲线，并用示波器测量模数转换器的输出端,观察生成的波形2、设计目标：设计一个简易波形发生器，要求该系统能通过开关或按钮有选择性的输出正弦波、三角波、方波、及阶梯波等四种波形，并且这四种波形的频率均可通过输入电位器在一定范围内调节3、实验电路图：4、设计内容： （1）主程序（2）子程序：方波程序、正弦波程序、锯齿波、三角波、键盘扫描与处理 各模块的流程图如下：A 、 主程序和键盘扫描流程：B 、 三角波、方波、正弦波、锯齿波解析如下：三角波的产生较为简单，因为它的上升沿遵循数据加1的规律。
下降沿则按数据减1的规律产生。
所以在波形的上升沿只要判断上一次的数据是否为最大值FFH ，如果不是最大值，将原数据加1输出；而在波形的下降沿只要判断上一次数据是否为0，如果不是0，则将原数据减1即可 方波只有两个值，可以采用两个极端值0和FFH正弦波使用查表法产生查表法是事先将正弦波的数据计算出来，列表放在程序中，运行时直接调取数据锯齿波与三角波类似，只是下降时直接降至0即可。
各流程图如下：延时N主程序处理流程 键盘扫描流程二、程序模块代码： .model small .stack;***********定义8255有关参数****************** addrA EQU 200h addrB EQU 201h addrC EQU 202h CTRL EQU 203h addrDA EQU 208h;*******************定义8279有关的参数*******************方波流程三角波流程锯齿波流程Z8279 EQU 212H ; 8279的控制口地址D8279 EQU 210H ; 8279的数据口地址LEDMOD EQU 00 ;左边输入,八位显示外部译码八位显示（8279的控制字）LEDFEQ EQU 38H ;8279 扫描频率;*************以上参数写在主程序开头*****************.codestart:mov al,90h ;方式0，A口输入，B、C口输出mov dx,CTRLout dx,almov ax,csmov ds,axcall CSH8279 ;调用子程序CSH8279call SMXS ;调用子程序SMXSs:call KeyPress;调用子程序keyscanmov di,offset KeyNummov si,offset XSDATAmov al,[di] ;波形号mov [si+6],almov al,[di+1] ;暂存值mov [si],almov al,[di+2] ;幅度mov [si+3],alcall SMXSmov di,offset KeyNummov al,[di]cmp al,1jne C1call A1 ;跳转到方波jmp s ;无条件跳转sC1:cmp al,2jne C2call A2 ;跳转到锯齿波jmp sC2:cmp al,3jne C3call A3 ;跳转到三角波jmp sC3:cmp al,4jne C4call A4 ;跳转到正弦波C4:jmp smov ah,4chint 21hKeyNum DB 0,0,0 ;波形参数,第一个为波形号，第二个为暂存值,第三个为幅度参数DMBIAO DB 3FH,06H,5BH,4FH,66H,6DH,7DH,07H,7FH,6FH,77H,7CH,39H DB 5EH,79H,71H,00h ;段码表，1亮，0灭，可以根据需要再设计显示字符;段中已有的显示字符是0--F和全灭。
波形发生器的设计
正 文1 选题背景波形发生器又名信号源,广泛应用于电子电路、自动控制和科学试验等领域;雷达、通信、宇航、遥控遥测技术和电子系统等领域都随处可见波形发生器的应用;如今作为电子系统心脏的信号源的性能很大程度上决定了电子设备和系统的性能的提高,因此随着电子技术的不断发展,现今对信号源的频率稳定度、频谱纯度和频率范围以及信号波形的形状提出越来越高的挑战;指导思想利用NE555构成多谐振荡器产生方波,根据LM324输出的锯齿波分别通入低通滤波器和高通滤波器就可以输出正弦波Ⅰ、正弦波Ⅱ;方案论证方案一：使用NE555芯片构成多谐振荡器,输出方波,通过锯齿波发生电路产生锯齿波,然后通过一个KHz f H 10=的低通滤波器,通过滤波产生一次,8KHz 到10KHz 的正弦波,然后再让锯齿波通过一个24KHz~30KHz 的带通滤波器,输出三次正弦波;其中滤出三次谐波的理论依据是,由于锯齿波是一个关于t 的周期函数,并且满足狄里赫莱条件：在一个周期内具有有限个间断点,且在这些间断点上,函数是有限值；在一个周期内具有有限个极值点；绝对可积;方案二：使用功放构成文森桥式震荡电路,产生出8KHz~10KHz 的正弦波;接着是用NE555芯片,搭建出施密特触发电路,产生脉冲波输出；将脉冲波分别输入一个KHz f H 10=的低通滤波器和24KHz~30KHz 的带通滤波器电路中,产生一次和三次正弦波;最初方案设计的大体思路在方案一和方案二之间犹豫不决,于是将两个电路的大体电路都进行了简单的设计,发现方案二存在很多的问题很难解决;问题一：如果使用文森桥式震荡器产生正弦波,改变震荡频率就需要改变RC 常数,要同时改变两个R 在实际电路中,同时改变两个电容的值是很复杂的,而且这样也无法得到一个8KHZ~10KHz的连续的频率,需要双滑动变阻器并且要保证滑动变阻器改变的值完全相同,有一定困难;问题二：NE555芯片搭建出来的是一个简单的施密特触发器,输入正弦波之后,输出的脉冲波的占空比是不可以调整的,不满足实验要求的占空比可调的条件;要是施密特触发器产生的脉冲波的占空比可调会是该电路进一步复杂化;问题三：LM324芯片的功放不够,由于有600负载电阻的限制,输出波形的峰峰值不能简单的通过电阻的分压来实现;鉴于方案二存在的问题能以解决,我们就确定选择方案一的整体思路进行方案的设计;基本设计任务用555 定时器和四运放LM324 设计并制作一个频率可变的、能够同时输出脉冲波、锯齿波、正弦波I 和正弦波II 的波形产生电路;1四通道同时输出;每通道输出脉冲波、锯齿波、正弦波I 和正弦波II 中的一种波形,通道负载电阻均为600 欧姆;2四通道输出波形的频率关系为1：1：1：3三次谐波;脉冲波、锯齿波、正弦波I 输出频率范围为8kHz~10kHz,正弦波II 的输出频率范围为24kHz~30kHz;输出波形无明显失真;3频率误差不大于10%,通带内输出电压幅度峰峰值误差不大于5%;2 电路设计工作原理NE555构成了多谐振荡器,内部可以产生脉冲波和锯齿波,将锯齿波经过LM324一个比例运算放大电路,就可以得到所需的锯齿波;然后让锯齿波输出分别通入由LM324组成的低通滤波器电路和高通滤波器电路,就可得到一次正弦波和二次正弦波;3 各主要电路及部件工作原理脉冲波产生电路脉冲波由NE555芯片搭建的多稳态谐振器振动产生,频率可调,为KHz10;参考8~KHzNE555芯片使用手册可知,芯片输出波形的峰峰值为10V左右;使用Multisim仿真的脉冲波产生电路如下图1所示;图1 脉冲波发生电路利用软件进行波形的仿真,得到脉冲波的图形如图2所示图2 脉冲波仿真波形锯齿波发生电路在锯齿波发生电路的设计中,原始方案是采用教材中的锯齿波发生电路,是通过调整积分电路的正向和反向时间常数的不同,对输入信号的脉冲波进行积分产生锯齿波该电路是需要二极管的;开始是按照这个思路进行仿真的;因为要同时调整正向和反向积分的时间常数,于是我们就想可以在调整脉冲波的输出频率的时候,只改变高电平或者低电平的持续时间,然后在锯齿波发生电路中选取合适的电容值,然后就可以讲正向或者反向的电阻值固定,只改变另一方向的电阻值就可以了;见图3是该方案的仿真电路图3 锯齿波产生电路见图1,是用NE555产生出脉冲波,然后通过锯齿波产生电路,这里仿真没有选择功放为LM324,未考虑600的负载电阻以及输出的峰峰值;脉冲波和锯齿波发生电路的参数取值如下根据NE555芯片的使用手册,有以下有用公式：根据以上的公式,就可以计算出理论上的各种参数：在对锯齿波进行仿真的时候,发现波形有些失真,上网查阅资料后得知要是RC 常数跟脉冲波的时间相匹配才行;去锯齿波发生电路的参数选择及计算过程如下：如图1所示,1R 为一个ΩK 9电阻和一个ΩK 3电位器组成,2R 取Ω700仿真结果见图4的锯齿波;图4 锯齿波仿真波形从图4的波形中算出锯齿波的峰峰值为由于要求负载电阻为Ω600,不能直接进行分压来控制峰峰值为V 1,再用功放来满足峰峰值的要求的话,LM324的四功放无法满足整个电路的需求,因此这种锯齿波的单元电路就被放弃了,需要进行改进;查阅资料发现了在NE555芯片构成的脉冲波发生电路中就有锯齿波,只需要在该处输出,然后调整峰峰值便可以得到要求的锯齿波;改进后的电路仿真图如下图5;图5 改进后的脉冲波和锯齿波发生电路改进后的电路对脉冲波发生电路的参数也进行了调整,让脉冲波的占空比接近一半;锯齿波发生电路是一个反向比例运算电路,由公式参数的选择如下：对该电路进行软件仿真得到理论上的锯齿波波形,见图6;图中另一个波形是NE555芯片的输出波形;图6 改进电路后的脉冲波和锯齿波的仿真波形得到的锯齿波的峰峰值约为V 1,频率与NE555芯片产生的脉冲波频率保持一致,满足实验要求,就完成了锯齿波波形发生电路的理论设计;正弦波发生电路在电路的设计初期,一次正弦波,也就是KHz 8~KHz 10的正弦波发生电路是采用的是截止频率为KHz f c 10=的二阶压控电压源低通滤波器,电路图见下图图7 二阶压控电压源低通滤波器原理图根据截至频率KHz f c 10=,查图确定电容的标称值图8 二阶压控电压源低通滤波电路参数选取参考图取nF C 3.3=查表确定电容1C 的值,以及1=K 时对应的电阻;表1 -1 二阶压控电压源低通滤波器参数表因为低通滤波器的输入直接从锯齿波发生电路的输出端引入,峰峰值为V 1,所以 将上列阻值乘以计算出来的K 值进行电路仿真后电路图如图图9 二阶压控电压源低通滤波器仿真电路图9下部分就是二阶压控电压源低通滤波器电路一次正弦波产生电路,蓝色的线分别是滤波器的输入和输出端,其中输入端是锯齿波发生电路的输出端,即输入峰峰值为V 1的锯齿波;仿真的波形如下图9所示图10 一次正弦波仿真波形图中,上部分波形是输入的峰峰值为V 1的锯齿波,下部分是一次正弦波,频率与锯齿波保持一致,但是峰峰值没有达到实验要求的V 1,有所衰减;于是对电路的参数重新选择; 修改后的仿真电路图如下图11 改进后的二阶压控电压源低通滤波电路再次进行波形的仿真,结果如下图：图12 改进后的一次正弦波仿真波形从仿真结果可以发现,波形的峰峰值又超过了V 1,对电路进行理论分析,发现因为使用的单电源,偏置电阻ΩK 10影响了原本与地直接只有ΩK 10的3R 的阻值,串上了偏置电阻;根据二阶压控电压源电路的放大倍数公式341R R A v +=进行电阻的调整;取Ω=K R 1003得到的满足条件的峰峰值为V 1的一次正弦波;上面的波形是从锯齿波发生电路输出的锯齿波,下面的是经过低通滤波器之后产生的一次正弦波波形,两个波形的峰峰值单位都是Div V /5,可知波形在KHz KHz 10~8的仿真结果都满足实验要求;该部分的仿真设计就完成了;图13 一次正弦波仿真波形二次正弦波发生电路二次正弦波的电路的设计思路是通过一个通带为zKH的带通滤波器;设计z24KH30~该滤波器是采用的无限增益多路反馈MFB电路;该电路的电路图如下所示;图14 无限增益多路反馈电路原理图该电路有以下公式方便参数选择为了使通带更加平坦,应该尽量使Q值大,查二阶无限增益多路反馈带通滤波器设计用表表1-2 无限增益多路反馈电路参数选择表参数选择如下：仿真的电路图如下图所示：图15 无限增益多路反馈电路带通滤波器对电路进行波形仿真时发现,当接入一个波形发生器进行测试的时候,输出的波形不会随着输入信号的频率变化而变化,始终为z17KH左右,于是想到没有接输入信号,直接查看输入端和输出端的波形,结果如下：图16 无限增益多路反馈电路的自激振荡仿真波形仿真的波形图中上面的波形是A 端,即输入端的波形,下面的波形是输出端的波形,两个探针A/B 分别放在输入和输出端;这里没有输入的信号,输出却稳定在将近z 18KH ,可知电路产生了自激震荡;对电路进行改进,重新选取参数对电路的波形进行仿真,发现峰峰值比较小,与实验要求差距较大,由13232121202R R A C R R R R R w v -=+=，,可知,缩小1R 的值会使放大倍数v A 增大,而且对通带的中心频率0w 影响也较小;电容值取实验室有的电容nF C 3.3=;改进后的电路图如下所示图17 改进后的无限增益多路反馈电路对电路进行仿真,查看仿真出的波形结果如下图,由波形可以知道该电路产生的三次正弦波的频率是满足实验要求的,但是峰峰值没有达到要求的9V;两个波形的峰峰值单位分别是Div V /1和Div V /5图18 三次正弦波仿真波形4 原理总图图19 总体方框图5 元器件清单表1-3 元器件清单6 调试过程及测试数据或者仿真结果为使电路便于调试我们采用分块调试的方法;通电前检查电路安装完毕后,经检查电路各部分接线正确,电源、元器件之间无短路,器件无接错现象;仿真结果图20 总体仿真波形图实验结果分析观察示波器上显示波形,可以看出方波和锯齿波以及正弦波波形良好,没有失真现象,达到了课题的要求;7 小结本次实验时间较长,在仿真设计电路的阶段占了很大一部分时间,拖慢了实验进度;在电路仿真设计中,开始没有选取实验要求使用的LM324运放,导致在设计无限增益多路反馈电路时出现了自激振荡而找不到具体的原因;掌握了单电源的使用方法,以及对单电源电路的参数选择,以及尽量减小单电源偏执电路对原电路影响的方法;了解了运放的型号不同,参数会有所不同,会很大地影响电路仿真的结果;在实际电路的制作过程中,因为电阻、电容值的误差,实际需要进行参数的再次调整,而且有些电路焊接的影响在电路仿真阶段是无法预知的;8 体会通过这次课设使我学到了很新的东西,知道了怎样去设计电路、调试电路以及对电路进行修正,体会到了理论与实践的差异;课程设计虽然有点难．但是确实能锻炼我们对知识的掌握以及运用理论指实践的能力;当我一着手清理自己的设计成果,一种少有的成功喜悦即刻使倦意顿消．虽然这是我刚学会走完的第一步,也是人生的一点小小的胜利,然而它令我感到自己成熟的许多,通过课程设计,使我深体会到,干任何事都必须耐心,细致．通过这次课程设计,加强了我们动手、思考和解决问题的能力,同时也是我们懂得小心谨慎的重要性;参考文献1阎石.数学电子技术基础.清华大学.高等教育出版社.20062康华光.电子技术基础模拟部分.华中科技大学. 高等教育出版社.20063马全喜.电子元器件与电子实习.机械工业出版社.20064何杜成、袁跃进.电机-光电显示-改进应用电路.山东科学技术出版社.2007 5李志健. 数字电子技术基础实验任务书.陕西科技大学教务处.20076杨刚、周群.电子系统设计与实践.电子工业出版社.2004。
任意波形发生器的一种快速设计与实现
仪器设备研制与应用任意波形发生器的一种快速设计与实现龚向东1,3,刘春平1,3,黄虹宾2,3(1.深圳大学电子科学与技术学院,广东深圳 518060; 2.深圳大学机电与控制工程学院,广东深圳 518060; 3.深圳市微纳光子信息技术重点实验室,广东深圳 518060)摘 要:采用直接数字频率合成(DDS)技术,在基于F PGA (field pr og rammable gate arr ay)的可编程片上系统(SOP C)和M atlab 平台上设计实现了一种任意波形发生器,任意波形数据通过M at lab 的图形用户界面产生并传送到FP GA 片上R AM 存储器中,DD S 模块对RA M 的寻址操作实现波形数据输出,并通过片外的数/模转换电路产生模拟波形信号。
该波形发生器的设计实现周期短,输出波形平滑、稳定。
关键词:任意波形发生器;可编程片上系统;M at lab;直接数字频率合成中图分类号:T N 710 文献标志码:A 文章编号:1002 4956(2010)10 0066 03Rapid prototyping of an arbitrary waveform generatorGong Xiangdong 1,3,Liu Chunping 1,3,H uang H ongbin2,3(1.Co llege o f Electro nic Science and T echno log y,Shenzhen U niver sity,Shenzhen 518060,China; 2.Co lleg e of M echatro nics and Co nt rol Engineer ing,Shenzhen U niversity,Shenzhen 518060,China)Abstract:A n ar bitrar y wav efo rm generato r (AW G)is designed and implemented o n FP GA based SO PC and M atlab platfo rms with direct digital sy nthesis(DDS)techniques,wher e arbitr ary w avefor m data are generated w it hin a M at lab based g raphic user interface pr og ram and then transmitted into an RA M memor y on FPG A chip.By DDS mo dule addr essing to the RA M ,the w avefo rm data are outputted t o a D/A cir cuit o ff chip,w ith w hich required analogue w avefor m is obtained.Besides o f sho rt tur n around time fo r design and implementa tion,the A WG has smoo th and stable wavefo rm o utput.Key words:ar bitra ry w avefo rm g ener ator;system on pro gr ammable chip;M atlab;dir ect dig ita l synthesis收稿日期:2009 11 19 修改日期:2010 03 31基金项目:深圳市微纳光子信息技术重点实验室开放基金(200803)作者简介:龚向东(1956 ),男,江西省新余市人,硕士,教授,主要从事光电技术教学和科研工作.DE2是Altera 公司和友晶科技公司合作推出的一种基于FPGA (field programmable g ate array )的可编程片上系统(SOPC)实验/开发平台[1],目前国内许多高校都建有以此为基础的EDA/SOPC 实验室。
任意波形发生器设计
任意波形发生器设计-CAL-FENGHAI-(2020YEAR-YICAI)_JINGBIAN学号：毕业设计题目：任意波形发生器设计作者刘慧届别2016院部物理与电子学院专业电子科学与技术指导老师易立华职称副教授完成时间摘要任意波形发生器(Arbitrary Waveform Generator,AWG)作为一种多波型的信号发生器，它不仅可以产生锯齿波、正弦波等常规波形，而且还能表现出载波调制的多样化特点，使波形发生调幅、调相、调频和脉冲调制等。
甚至能利用计算机软件实现波形的编辑，生成用户所需要的任意波形。
任意波形发生器广泛应用于自动控制、电子电路和科学试验领域，是一款给电子测量工作提供符合技术要求的电信号设备。
因此在各个领域都得到迅猛的发展。
本论文设计一款任意波形发生器，该系统由输入模块、FPGA模块、DAC数模转换模块、显示模块4个部分组成。
该设计将虚拟化的仪器技术、串行总线接口技术和直接数字频率合成技术完美地结合在一起，以现场可编程门阵列（FPGA）作为硬件基础，然后再通过逻辑设计、系统软件设计和系统硬件电路设计，实现了一款基于直接数字频率合成技术的低成本、便携式、可扩展的可立即使用的任意波形发生器。
关键词：数字频率合成器；verilog；FPGA；仿真AbstractArbitrary waveform generator (Arbitrary Waveform Generator,AWG) is a multi wave signal generator. It can not only generates a sawtooth wave, sine wave and so on conventional waveform and the diversification of the modulated carrier, so that the waveform occurrence amplitude modulation, phase modulation, frequency modulation and pulse modulation. Can even use computer software to realize the waveform of the editor, the user needs to generate arbitrary waveform. Arbitrary waveform generator is widely used in the field of automatic control, electronic circuit and scientific experiment. It is an electrical signal equipment which meets the technical requirements for electronic paper designs an arbitrary waveform generator, which is composed of 4 parts, input module, FPGA module, DAC module and display module. The design the virtual instrument technology, serial bus interface technology and direct digital frequency synthesis technology perfect combination together, convertible to field programmable gate array (FPGA) as the basis of hardware, and then through the logic design, system software design and the hardware circuit design, and the implementation of a arbitrary waveform generator based on direct digital frequency synthesis technology of low cost, portable, scalable and can be immediately used.Keywords: Digital frequency synthesizer; Verilog; FPGA;Simulation目录摘要................................................................................................. 错误!未定义书签。
DDS任意波形发生器的设计与实现
DDS任意波形发生器的设计与实现DDS任意波形发生器的设计与实现近年来，随着电子技术的飞速发展，任意波形发生器在信号发生、测试、测量等领域扮演着重要的角色。
而Direct Digital Synthesis（DDS）任意波形发生器作为一种数字信号处理技术，由于其高精度、低失真、灵活性强等优点，成为了目前最为常用的任意波形发生器技术之一。
DDS任意波形发生器工作原理基于数字信号处理与相位累加器。
其主要组成部分包括振荡器、相位累加器、数字控制模块和DAC（数模转换器）模块。
其中，相位累加器用于产生一个累加的相位值，该相位值会被数字控制模块处理后再输入DAC模块进行数模转换，并输出到外部电路。
而该外部电路连接到输出端口，可以控制输出的幅值以及频率，从而生成所需的任意波形。
在DDS任意波形发生器的设计与实现过程中，需要考虑多个关键因素。
首先，选择合适的振荡器型号以及参考时钟。
振荡器的质量和稳定性直接影响到输出信号的频率稳定性。
而参考时钟的准确性则决定了相位累加器的性能。
其次，在相位累加器的设计中，需要合理选择累加的相位步进值以及相位累加位数。
过大的步进值可能导致相位分辨率降低，而过小的步进值会增加累加器的位数，增加系统的复杂度。
另外，数字控制模块的设计需要考虑到输入的频率、相位和幅度的变化。
最后，需要合理选择DAC模块以及输出电路，以确保输出信号的质量和稳定性。
在实际实现过程中，可以使用FPGA（Field-Programmable Gate Array）作为主要硬件实现平台，并利用VHDL（VHSIC Hardware Description Language）进行硬件描述，从而构建DDS任意波形发生器。
FPGA的高度灵活性使得其适用于DDS任意波形发生器的实现，并且其可重构的特点使得系统可以根据需要进行扩展和改进。
在软件方面，可以使用C语言编写相应的控制程序，以实现对DDS任意波形发生器的控制和调节。
任意波发生器的研究与设计
ＴＩ Ｋｕｉ Ｅ ，Ｈ ＵＡＮＧ “ Ｗ
（ ｈ １ｔｎｔｕｅｏ ｈｎ ｌ ｔ ｎ ｓＴ ｃｎｌ ｙＧ ｏｐ Ｃ ｒｏａ ｏ ， ｅｇ ｕ２ ３ ０ ， ｈｎ ） Ｔ ｅ４ｓ ｉ ｉ ｔ ｆＣ ｉａ ｅ ｒ ｉ ｅ ｈｏｏ ｒｕ ｏ ｒｔ ｎ Ｂ ｎｂ ３ ０６ Ｃ ｉａ ｓｔ Ｅ ｃｏｃ ｇ ｐ ｉ
摘要 ： 任 意波形发生器设计 中，Ｄ 在 Ｄ Ｓ技 术具 有 成 本 低 、 耗 小 、 辨 率 高 和 切 换 时 间 快 等优 点 ， 波 形 形 ห้องสมุดไป่ตู้ 任 意 可 功 分 但
编 辑 性 较 差 ： 件 无线 电技 术 可 产 生 任 意 复 杂 波 形 ， 切 换 时 间慢 。 采 用 ＤＤＳ和 软 件 无 线 电 相 结 合 的 技 术 ， 弦 波 、 软 但 正
Ｔ ｅ ｔｃ ｎ ｌ ｇ ｆ ｓ ｆ ｒ ａ ｉ ａ ｅ ｅ ａｅ ａ ｂ ｔ ｒ ｏ ｌ ｘ ｗａ ｅｏ ｍ ， ｕ ｗ ｔｈ ｎ ｉ ｓ ｓｏ ． ｋ ｓ ｆ ｔ ｅ ｈ ｅ ｈ ｏ ｏ ｏ ｏｔ ｅ ｒ ｄ ｏ ｃ ｎ ｇ ｎ ｒ ｔ ｒ ｉ ａ ｃ ｍｐ ｅ ｖ ｆ ｒ ｂ ｔ ｓ ｉ ｉ ｇ ｔ ｙ ｗａ ｒｙ ｃ ｍｅ ｉ ｌ ｗ ｍａ ｅ ｕ ｅ ｏ ｈ ｔ ｃ ｎ ｌ ｇ ｆｃ ｍｂ ｎ ｎ ｅ ｈ ｏ ｏ ｏ ｏ ｉｉ ｇ ＤＤＳ ｗ ｔ ｏｔ ｒ ａ ｉ ， ｅ ｎ ｒ ｌ ｖ ｆ ｒ ｓ ｓ ｃ ｓｓｎ ｖ ｔｉｎ ｕ ａ ｖ ｎ ｑ ａ ｅ ｗａ ｅ ｙ ｉ ｓｆ ｈ ｗａ ｅ ｒ ｄ ｏ ｔ ｏｍａ ｈ ｗａ ｅｏ ｕ ｈ ａ ｉｅ ｗａ ｅ， ｒ ｇ ｌｒｗａ ｅ ａ ｄ ｓ ｕ ｒ ｖ ｍ ａ ａ ｅ ｇ ｎ ｒ ｔｄ ｂ ｒ ｅ ｅ ａｅ ｙＤＤＳ，ｎ ｅｃ ｍｐ ｅ ｂ ｏ ａ ｖ ｆｒ ｓｇ ｎ ｒ ｔｄ ｂ ｏ ｔ ａ ｅ ｒ ｄ ｏ Ｉ ｈ ｎ ｔ ｅ ａ ｂ ｔ ｒ ａ ｅｏ ａ ｄ ｔ ｏ ｌ ｘａ ｎ ｒ ｌ ｈ ｍ ｗａ ｅｏ ｉ ｅ ｅ ａｅ ｙ ｓ ｆ ｒ ａ ｉ ． ｎ ｔ ｅ ｅ ｄ， ｈ ｒ ｉ ａ ｙ ｗ ｖ ｆｒ ｍ ｗ ｒ ｍ ｇ ｎ ｒｔ ｒ ｉ ｃ ｏ ｌ ｈ ｄ ｂ ｔ ｅ ｏｔ ｒ ｗａ ｅ ｏ ｒ ｈ ｔ ｄ ｓ ｎ ａ ｄ ａ ｅ ａ ｅ ｌｔ ｒ ｄ ｓｇ ｓ ｃ ａ ｐ ａ ｅ ｅ ｅａ ｏ ｓ ｃ ｍｐ ｉ ｅ ｙ ｈ ｓ ｆ ａ ｓ ｗａ ｅ ｖ ｆ ｒ ａ ｉ ｍｅｉ ｍ ｔ ｃ ｅ ｉ ｎ ｈ ｒ ｗ ｒ ｐａ ｏ ｇ ｆｍ ｅ ｉｎ ｕ ｈ ｓ ｈ ｓ ａ ｃ ｍｕ ａｏ ， ａ ｌ ｇｔ ｅ ｅ ａｏ ｎ ｄ ｒ ｓ ｅ ｅ ａｏ ． ｃ ｕ ｌｔｒ ｓ ｍｐ ｉ ｍｅｇ ｎ ｒ ｔｒ ｄ ａ ｄ ｅ ｓ ｎ ｒｔ ｒ ｎ ｉ ａ ｇ Ｋｅ ｒ ｓ ｒ ｉ ａｙ ｗａ ｅ ｏ ｅ ｅａ ｏ ；ｄ ｒ ｃ ｉ ｉ ｌ ｒｑ ｅ ｃ ｙ ｔ ｅ ｉ ；ｓ ｆ ｒ ｒ ｄ ｏ ｒ ｑ ｅ ｃ ｏ ｔｏ ｏ ｄ；ｐ ａ ｅ ｙ ｗｏ ｄ ： ｂ ｔ ｒ ｖ ｆ ｒ ｇ ｎ ｒ ｔ ｒ ｉｅ ｔ ｇｔ ｅ ｕ ｎ ｙ ｓ ｎ ｈ ｓｓ ｏ ｔ ｅ ａ ｉ ；ｆｅ ｕ ｎ ｙ ｃ ｎｒ ｌｗ ｒ ｒ ｍ ｄ ａｆ ｗａ ｈ ｓ ａ ｃ 】 ｌｔｒ ｃｌ ｍｕ ａｏ
波形发生器的设计
波形发生器设计报告一、设计任务设计制作一个波形发生器，该波形发生器能产生正弦波、方波、三角波和由用户编辑的特定形状波形。
二、设计要求1. 基本要求具有产生正弦波、方波、三角波三种周期性的波形。
用键盘输入编辑生成上述三种波形（同周期）的线性组合波形，以及由基波及其谐波（5次以下）线性组合的波形。
具有波形存储功能。
输出波形的频率为100Hz～20KHz（非正弦波频率按10次谐波计算）：重复频率可调，频率步进间隔≤100Hz。
输出波形幅度范围0～5V（峰-峰值），可按步进0.1V（峰-峰值）调整。
具有显示输出波形的类型、重复频率（周期）和幅度的功能。
2.发挥部分输出波形频率范围扩展至100Hz～200KHz。
用键盘或其他输入装置产生任意波形。
增加稳幅输出功能，当负载变化时，输出电压幅度变化不大于±3%（负载电压变化范围：100Ω～∞）。
具有掉电存储功能，可存储掉电前用户编辑的波形和设置。
可产生单次或多次（1000次以下）特定波形（如产生一个半周期三角波输出）。
其它（如增加频谱分析、失真度分析、频率扩展＞200KHz、扫频输出等功能）。
三、方案设计和论证：根据题目的要求，我们一共提出了三种设计方案，分别介绍如下：1、方案一采用低温漂、低失真、高线性单片压控函数发生器ICL8038，产生频率受控可变的正弦波，可实现数控频率调整。
通过D/A和5G353进行输出信号幅度的控制。
输出信号的频率、幅度参数由4x4位键盘输入，结果输出采用6位LED显示，用户设置信息的存储由24C01完成。
2、方案二行N分频，输出信号送入正弦波产生电路和三角波产生电路，其中正弦波采用查表方式产生。
计数器的输出作为地址信号，并将存储器2817的波形数据读出，送DAC0832进行D/A 转换，输出各种电压波形，并经过组合，可以得到各种波形。
输出信号的幅度由0852进行调节。
系统显示界面采用16字x1行液晶，信号参数由4x4位键盘输入，用户设置信息的存储由24C01完成。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
深圳大学实验报告课程名称：Verilog数字系统设计教程实验项目名称：频率可变任意波形发生器的设计学院：电子科学与技术专业：微电子指导教师：刘春平报告人：潘志钟学号：2007160051 班级：07级微电1班实验时间：2009-12-8 ~ 2010-1-11实验报告提交时间：2010-1-4教务处制（·····这里可加前言摘要之类的东西····自己想来写···）1 设计原理DDS 是一种把数字信号通过数/模转换器转换成模拟信号的合成技术。
直接数字频率合成技术 (DDS )是一种以采样定理为基础的全数字化频率合成波形的方法 。
DDS 频率合成器主要由频率寄存器 、相位寄存器 (需要时可加入 ) 、相位累加器 、波形存 储表 ( ROM ) , DAC 转换器和模拟低通滤波器 ( LPF ) 等组成 。
在系统时钟 ( SYSCLK )输入一定的情况下 ,频率寄存器中的频 率控制字决定系统输出频率 , 而相位累加器的位数决定了系统频率分辨率 。
总体设计方案及其原理说明：图 1-1 系统总体设计方案相位累加器由 N 位加法器和 N 位累加寄存器级联而成 。
每当系统时钟 SYSCL K 产生一个上升沿 , N 位加法器将频率寄 存器中的频率控制字 ( FR EQDA TA )与上一个系统时钟累加寄存器输出的累加相位数据相加,相加后的结果送累加寄存器。
这样在系统时钟的作用下, 不断对频率控制字进行线性相位累加,相位累加器的溢出率就是DD S任意波形发生器的输出频率。
2 设计与实现实际上DD S就是通过改变地址增量来达到控制输出频率的目的,而波形存储器( ROM )是以相位为地址,存有一个或多个按相位划分幅值的波形幅度信息。
参考频率f_clk为整个合成器的工作频率,输入的频率字保存在频率寄存器中,经Ｎ位相位累加器,累加一次,相位步进增加,经过内部ROM波形表得到相应的幅度值,经过D/A转换和低通滤波器得到合成的波形（数模转换在这里不作要求）。
△P为频率字,即相位增量;参考频率为ｆ_clk;相位累加器的长度为Ｎ位,输出频率ｆ_out为：式中F_out为输出信号的频率；F_clk为基准时钟频率。
N为相位累加器的位数；△P为频率控制字（步长）。
理论上通过设定F_clk、N 和△P就可以得到各种频率波形的输出。
在本设计中, 相位累加器位数N =6, f_clk位长为32, 系统时钟频率为27M H z。
3 各模块实现3. 1相位累加器在设计波形发生器时, 要实现频率可变，相位累加器是关键的一个部分。
在modelsim 开发环境下，本实验通过改变△P的值来变换输出频率f_out。
假设△P初值为0，每个波形（正弦波、方波、正三角波、反三角波）的采样数据点的仿真数值输出，△P累加一次，即△P=△P + n , n = 16 ；当△P >= 56时，△P置零，依此循环累加。
频率的不同，即波形周期的不同，函数单周期内输出波形的量化数据的宽度也不一样。
（正弦波为例）如下图所示：（····你用自己的方式表示····我的是以这种方式··你用其他方式吧，怕老师为难）图1-2 正弦波的仿真输出如图，当P=16时，将P值代入公式，在本设计中,相位累加器位数N = 6, f_clk位长为32, 系统时钟频率f_clk为27M H z，则可计出输出频率f_out=16/64*27000000=6.75MHZ；同理可求出当P=32、48或64时对应的输出频率f_out。
3. 2模9计数器本实验各个波形一个周期内采取9个量化数据点，所以用模9计数器。
八位段寄存器D的低四位D【3：0】用于计数，高四位D【7：4】用于波形选择。
D【7：4】=DH，当DH=0000时，输出为正弦波；DH=0001时，输出为方波；DH=0010时，输出为正三角波；DH=0011时，输出为反三角波。
累加器部分和计数器部分的主要程序代码如下：always @(posedge f_clk)beginD[7:4]=DH;beginif(p>=56)beginp=n;beginif(D[3:0]>=4'b1000)D[3:0]<=0;elseD[3:0]<=D[3:0]+4'b0001;endendelsep=p+n;endend3. 3 ROM波形存储表本实验设计一个ROM按顺序间隔存放所有波形的量化数据，并在modelsim 开发环境下进行波形数字仿真输出。
各波形的量化数据表设计如下：段地址基地址 D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D00000 0000 00000 0001 70000 0010 100000 0011 70000 0100 00000 0101 -70000 0110 -100000 0111 -70001 0000 100001 0001 100001 0010 100001 0011 100001 0100 100001 0101 -100001 0110 -100001 0111 -100010 0000 00010 0001 10010 0010 20010 0011 30010 0100 40010 0101 50010 0110 60010 0111 70011 0000 00011 0001 -10011 0010 -20011 0011 -30011 0100 -40011 0101 -50011 0110 -60011 0111 -7图1-3 函数查找表的设计四种波形单周期的取样示意图如下：图1-4 四种波形单周期的取样示意图程序编写用function函数来对ROM波形函数存储表存储各波形的量化数据。
各波形量化数据表设计程序代码如下：function [7:0] ROM;input [7:0] D;case(D)//正弦波的量化采样数据//8'b00000000: ROM = 0;8'b00000001: ROM = 7;8'b00000010: ROM = 10;8'b00000011: ROM = 7;8'b00000100: ROM = 0;8'b00000101: ROM = -7;8'b00000110: ROM = -10;8'b00000111: ROM = -7;8'b00001000: ROM =0;//方波的量化采样数据//8'b00010000: ROM = 10;8'b00010001: ROM = 10;8'b00010010: ROM = 10;8'b00010011: ROM = 10;8'b00010100: ROM = 10;8'b00010101: ROM = -10;8'b00010110: ROM = -10;8'b00010111: ROM = -10;8'b00011000: ROM = -10;//正三角波的量化采样数据// 8'b00100000: ROM = 0;8'b00100001: ROM = 1;8'b00100010: ROM = 2;8'b00100011: ROM = 3;8'b00100100: ROM = 4;8'b00100101: ROM = 5;8'b00100110: ROM = 6;8'b00100111: ROM = 7;8'b00101000: ROM = 8;//反三角波的量化采样数据// 8'b00110000: ROM = 0;8'b00110001: ROM = -1;8'b00110010: ROM = -2;8'b00110011: ROM = -3;8'b00110100: ROM = -4;8'b00110101: ROM = -5;8'b00110110: ROM = -6;8'b00110111: ROM = -7;8'b00111000: ROM = -8; default : ROM = 8'bx; endcaseendfunctionassign date= ROM(D);4 仿真试验在modelsim 开发环境下，编写一个仿真程序，并可仿真输出各波形的量化数据。
仿真程序如下：`include"DDS.v"module test;wire [7:0] date,D;wire [27:0] p;reg f_clk;reg [27:0] n;reg [3:0] DH;always #10 f_clk = ~f_clk;initialbeginf_clk =0;DH=0;n=16;#720 DH = 1;#720 DH = 2;#720 DH= 3;endtest w4 (.p(p),.D(D),.date(date),.f_clk(f_clk),.n(n),.DH(DH)); endmodule下面是所设计的DD S任意波形发生器在modelsim 中的时序仿真。
（·········图你自己找其他的，这些图我删了一些，这部分你自己想办法修一下···）图1-5 正弦波的仿真输出如图所示，当段地址DH=0000时，单周期内输出正弦波采样数据点的仿真数据date对应的数值依此为0、7、10、7、0、-7、-10、-7、0。
图1-6 方波的仿真输出如图所示，当段地址DH=0001时，单周期内输出方波采样数据点的仿真数据date对应的数值依此为10、-10；图1-8 正三角波的仿真输出如图所示，当段地址DH=0010时，单周期内输出正三角波采样数据点的仿真数据date对应的数值依此为0、1、2、3、4、5、6、7、8；图1-10 反三角波的仿真输出如图所示，当段地址DH=001时，单周期内输出反三角波采样数据点的仿真数据date对应的数值依此为0、-1、-2、-3、-4、-5、-6、-7、-8；5体会（这部分你要自己写）················。