数字合成标准正弦波信号源设计
数字波形合成器概论
电子技术课程设计课题名称：数字波形合成器的设计1.实验目的1.1 掌握数字波形合成器的基本设计方法和整体电路实现；1.2 熟悉各功能模块单元电路的具体设计方法和工作原理（脉冲发生器、分频器、数字模拟转换以及低通滤波器）。
1.3 进一步熟悉电子电路的设计方法。
1.4 进一步熟悉电路设计过程中EDA方法以及各种电子器件的使用方法。
2. 实验要求2.1 设计一个具有高频率稳定度和高相位稳定度的两相正弦信号源。
2.2 两相正弦信号频率 f=400Hz。
2.3 两相信号 A、 B 之间相位差 90°。
2.4 幅值=5V±0.2V。
3. 实验仪器、主要元器件3.1 振荡电路:NE555*1；电阻 1kΩ*1,15kΩ电位器*1 ；电容 0.01uF*23.2 分频器： CD4013 双 D触发器*33.3 两路正弦加权 DAC：电阻 1MΩ*4、 370kΩ*4、 270kΩ*4、 135kΩ*2、 68kΩ*2；uA741*23.4两路 LPF: 电阻 91k*4；电容 2200pF*2、 8800pF*2；uA741*23.5 其它必要设备或元器件：直流稳压电源；导线若干；示波器；万用表；镊子；剥线钳；面包板；4. 课题分析及方案论证4.1 课题分析在某些场合对于信号的频率、相位以及失真度要求较高。
例如，在精密陀螺测试中，对于 400Hz 三相正弦电源的这些参数要求就很严格。
如果这些指标不满足，将会使陀螺角动量变化，电动机升温，产生干扰力矩，从而影响电动机的正常工作和测试。
课题的实现方案有多种，采用石英晶体振荡器、分频器、 D/A 转换器构成的数字波形合成方案，是实现高频率和相位稳定性的一种较好方案，由于采用了具有较高频率稳定性的石英晶体和数字合成技术，因此使系统精度高，功能强，成本低，体积小，容易实现技术指标的要求。
4.2 方案论证数字波形的合成原理简单，从理论上说，这个方法可以合成任意波形，这里要合成正弦波。
基于AD9850构成的DDS正弦波信号发生器设计与实现
基于AD9850构成的DDS正弦波信号发生器设计与实现作者：黄汉平邱波来源：《电子世界》2013年第04期【摘要】本论文设计开发了基于AD9850构成的DDS正弦波信号发生器的硬件系统，其频率范围为0～30MHz，根据软件设计的总体构想并结合硬件电路，给出了总体以及子模块的流程图，并用C语言编制相应程序。
系统调试和测试结果表明，所设计的系统能够产成正弦波形，信号的频率、相位、幅度的调节精度和抗干扰性等技术性能指标基本达到设计目标。
【关键词】DDS；AD9850；正弦波信号发生1.引言随着数字大规模集成电路技术的发展，采用数字电路的直接数字频率合成技术(DDS)具有频率转换速度快、频率分辨率高、相位可控、频率稳定度高等优点。
频率转换速度快、频率分辨率高的信号源在现代电子通讯、航空航天、自动控制等领域中是必不可少的，因此DDS信号源在上述领域获得广泛的应用。
AD9850是ADI公司生产的低功耗直接数字频率合成技术典型产品之一，AD9850具有频率转换速度快、频率分辨率高、相位噪声低、频率稳定度高等优点。
本论文设计的是以直接频率合成（DDS）器件AD9850和MCS-51单片机为核心，配合必要的外围接口器件，在单片机软件控制下，能够产生给定频率和起始相位的附加调制信息的正弦波信号发生器。
2.AD9850的基本工作原理2.1 AD9850的主要性能指标①最大支持时钟频率为125MHz②频率分辨率达到0.029Hz③支持两种供电电压：+3.3V or +5V④低功耗：380mW @ 125MHz(+5V) 155mW @ 110MHz(+3.3V)⑤频率转换时间：10个时钟周期。
比如当fs=125MHz时，频率转换时间为：10×1/(125×106)≈0.1μs。
⑥输出的无杂散动态范围SFDR大于50dB @ 40MHz⑦具有相位可控⑧支持并口和串口输入控制接口⑨频率控制字采用32位二进制码2.2 AD9850引脚说明AD9850采用了先进的CMOS工艺，采用28脚SSOP表面封装形式，其管脚如图1所示，引脚功能如表1。
基于fpga的dds正弦信号发生器的设计和实现
基于FPGA的DDS正弦信号发生器的设计和实现引言在电子领域中，正弦信号是一种重要的基础信号，被广泛应用于通信、音频、视频等各个领域。
而DDS（Direct Digital Synthesis）直接数字合成技术则是一种通过数字方式生成高精度、高稳定性的正弦波信号的方法。
本文将详细介绍基于FPGA的DDS正弦信号发生器的设计和实现。
设计目标本次设计旨在实现一个可配置频率范围广泛且精度高的DDS正弦信号发生器。
具体设计目标如下： 1. 实现频率范围可调节，覆盖从几Hz到数十MHz； 2. 提供高精度的频率控制，满足特定应用场景对频率稳定性和相位精度的要求； 3. 支持模数转换器（DAC）输出，并能够通过外部接口控制输出幅值； 4. 使用FPGA作为主要硬件平台，以满足高速计算和灵活配置需求。
系统架构基于FPGA的DDS正弦信号发生器主要由以下几个部分组成： 1. 数字控制模块（Digital Control Module）：负责接收外部输入的频率、相位和幅值等参数，并将其转换为对DDS核心模块的控制信号； 2. DDS核心模块（DDS Core Module）：根据接收到的控制信号，通过数学运算生成正弦波形的离散采样值； 3. 数字模拟转换模块（Digital-to-Analog Converter, DAC）：将DDS核心模块输出的数字采样值转换为模拟电压信号； 4. 输出放大器（Amplifier）：用于放大DAC输出的电压信号，并通过外部接口提供可调节幅值的正弦波输出。
DDS核心模块设计DDS核心模块是整个系统中最关键的部分，它负责根据输入参数生成正弦波的离散采样值。
下面是DDS核心模块设计中需要考虑的几个关键要素：相位累加器相位累加器是DDS核心模块中最基础且重要的组件之一。
它根据输入的频率和时钟信号，在每个时钟周期内累加相位增量，从而实现相位连续变化。
相位累加器可以使用一个定点数或浮点数寄存器来表示，并通过固定步长进行相位递增。
基于FPGA和DDS的信号源设计
基于FPGA和DDS的信号源设计时间：2009-12-08 15:35:13 来源：电子设计工程作者：杨秀增广西民族师范学院物信系1 引言直接数字频率合成DDS(Direct Digital Synthesizer)是基于奈奎斯特抽样定理理论和现代器件生产技术发展的一种新的频率合成技术。
与第二代基于锁相环频率合成技术相比，DDS具有频率切换时间短、频率分辨率高、相位可连续变化和输出波形灵活等优点，因此，广泛应用于教学科研、通信、雷达、自动控制和电子测量等领域。
该技术的常用方法是利用性能优良的DDS专用器件，“搭积木”式设计电路，这种“搭积木”式设计电路方法虽然直观，但DDS专用器件价格较贵，输出波形单一，使用受到一定限制，特别不适合于输出波形多样化的应用场合。
随着高速可编程逻辑器件FPGA的发展，电子工程师可根据实际需求，在单一FPGA上开发出性能优良的具有任意波形的DDS系统，极大限度地简化设计过程并提高效率。
本文在讨论DDS的基础上，介绍利用FPGA设计的基于DDS的信号发生器。
2 DDS技术工作原理DDS是一种从相位概念出发直接合成所需波形的数字频率合成技术，主要通过查波形表实现。
由奈奎斯特抽样定理理论可知，当抽样频率大于被抽样信号的最高频率2倍时，通过抽样得到的数字信号可通过一个低通滤波器还原成原来的信号。
DDS信号发生器，主要由相位累加器、相位寄存器、波形存储器、D／A转换器和模拟低通滤波器组成如图1所示。
fR为参考时钟，K为输入频率控制字，其值与输出频率相对应，因此，控制输入控制字K，就能有效控制输出频率值。
通常情况下，K值由控制器写入。
由图1可知，在参考时钟fR的控制下，频率控制字K与相位寄存器的输出反馈在相位累加器中完成加运算，并把计算结果寄存于相位寄存器，作为下一次加运算的一个输入值。
相位累加器输出高位数据作为波形存储器的相位抽样地址值，查找波形存储器中相对应单元的电压幅值，得到波形二进制编码，实现相位到电压幅值的转变。
信号源的设计和制作
一、 总体方案
设计制作一个能产生正弦波和脉冲波信号源。要求信号频率 在20Hz~20kHz范围内能程控步进调整，脉冲波的占空比在 2%~98%之间能程控步进可调，且性能良好，满足指标。
1． 方案比较
（1）正弦波产生
方案一：采用单片函数发生器（8038），8038可同时产生 正弦波、脉冲波，方法简单，，但步长难以满足要求，且频 率稳定度不高。
模拟开关CD4051
滤波器
波形输出 输出驱动NE5532
三、调试过程
1．使用的仪器与仪表
PC机，386DX40，5M内存 数字频率计，8610A型 MICE—51仿真器 XD低频信号源 20MHz双踪示波器 真空管毫伏表，DYC—5 BSIA失真度测量仪 890型数字万用表 JWY—30F稳压电源
2．实施方案
根据以上分析，选用如下方案。
（1）正弦波产生 800Hz以下的正弦波产生采用软件相位累加DDS方案来实
现。800Hz~50kHz的正弦波采用动态生成程序的方法来实现。
（2）方波的产生
方波由同频率的正弦波产生，采用计数定时方案来实现占 空比的步进调整。为提高占空比的精度，采用预分频和择优技 术。
另一个是使用可编程逻辑器件，如GAL，这样在发现错误时只要 重新改变编程，不需要做大的改动。
系统实现错误主要是器件接线错误或工作点设置错误。查找实现 错误时可以根据模拟的结果进行对照调试，或由电路的因果关系确定 故障的位置。
四、结束语
频率合成部分是信号源的关键。可以采用动态编程 和吞时钟脉冲技术，提高了软件的处理效率，使正弦波 频率的高端扩展到50kHz，步进1Hz。从实际制作的结果 来看，各方面的指标可达到指标要求，可有不同程度的 提高，也可证明该方案的正确性和可行性。
正弦信号发生器设计
正弦信号发生器作者：程锟、晏婷婷、覃雄伟摘 要：本设计以凌阳SPCE061A 单片机为核心，基于直接数字频率合成（DDS ）技术制作了一个频率值能任意调节的多功能信号源。
该信号源在1KHZ~10MHZ 范围能输出稳定可调的正弦波，并具有AM 、ASK 和PSK 等调制功能。
信号输出部分采用电流放大型宽带运放做电流放大，再用宽带电压运放做电压放大，很好地解决了带宽和带负载能力的要求。
系统采用液晶显示模组CPCL501显示和键盘控制功能，在Ω50负载电阻下输出的电压峰-峰值p p V -≥1V 可调。
一、方案论证与选择1.题目分析：本设计要求可以输出较宽频带且频率稳定度足够高的正弦信号，并且具有一定的负载能力，同时可输出指标满足要求的AM 、ASK 、PSK 信号。
综合题目指标要求及相关分析，得到该设计的功能框架图如图一所示。
本设计可分为以下几个部分：频率合成模块、AGC （自动增益控制）模块、幅度控制模块、功率放大模块、调制模块及人机交流模块。
图一 功能模块框图2.方案比较（1）正弦信号发生模块方案一：采用反馈型LC 振荡原理。
选择合适的电容、电感就能产生相应的正弦信号。
其中电容采用变容二极管，通过控制二极管的电压来改变电容， 最终控制输出信号频率。
此方案器件比较简单，但是难以达到高精度的程控调节，而且稳定度不高。
方案二：采用FPGA 器件。
将某一标准正弦信号经过高速采样后送到外部存储器中储存好，然后用一个计数器产生地址读出存储器中的数据后送到D/A 转换器件中输出，可以通过改变计数器的参数，改变地址信号，实现，也可以通过处理数据改变信号的幅度。
但是此方案的输出波形受时钟影响较大，且不易于控制步进和进行功能扩展。
方案三：采用直接频率合成集成芯片AD9851。
AD9851是AD 公司生产的DDS 芯片，带并行和串行加载方式，AD9851 内含可编程DDS 系统和高速比较器,能实现全数字编程控制的频率合成。
AD9851信号发生器电路图原理
AD9851信号发生器电路图原理本文基于直接数字频率合成(DDS)原理，采用AD9851型DDS器件设计一个信号发生器，实现50Hz～60MHz范围内的正弦波输出。
通过功率放大，在50Ω负载的情况下，该信号发生器在50Hz～10MHz范围内输出稳定正弦波，电压峰峰值为0～5V±0．3V。
0引言直接数字合成(Direct Digital Synthesis—DDS)是近年来新的电子技术。
单片集成的DDS产品是一种可代替锁相环的快速频率合成器件。
DDS是产生高精度、快速变换频率、输出波形失真小的优先选用技术。
DDS以稳定度高的参考时钟为参考源，通过精密的相位累加器和数字信号处理，通过高速D／A变换器产生所需的数字波形(通常是正弦波形)，这个数字波经过一个模拟滤波器后，得到最终的模拟信号波形。
DDS系统一个显著的特点就是在数字处理器的控制下能够精确而快速地处理频率和相位。
除此之外，DDS的固有特性还包括：相当好的频率和相位分辨率(频率的可控范围达μHz级，相位控制小于0．09°)，能够进行快速的信号变换(输出DAC的转换速率百万次／秒)。
1AD9851集成芯片简介AD9851是在AD9850的基础上，做了一些改进以后生成的具有新功能的DDS芯片。
AD9851相对于AD9850的内部结构，只是多了一个6倍参考时钟倍乘器，当系统时钟为180MHz时，在参考时钟输入端，只需输入30MHz的参考时钟即可。
AD9851是由数据输入寄存器、频率／相位寄存器、具有6倍参考时钟倍乘器的DDS芯片、10位的模／数转换器、内部高速比较器这几个部分组成。
其中具有6倍参考时钟倍乘器的DDS芯片是由32位相位累加器、正弦函数功能查找表、D／A变换器以及低通滤波器集成到一起。
这个高速DDS芯片时钟频率可达180MHz，输出频率可达70MHz，分辨率为0．04Hz。
AD9851可以产生一个频谱纯净、频率和相位都可编程控制且稳定性很好的模拟正弦波，这个正弦波能够直接作为基准信号源，或通过其内部高速比较器转换成标准方波输出，作为灵敏时钟发生器来使用。
射频合成信号源的设计
引言本课题来源于深圳一家公司的科技协作项目，任务是研制短波、超短波通信设备的检测仪器。
检测的内容较多，技术要求较高。
分配给我的具体任务是研制一台数字频率合成信号源，输出频率范围：1～100MHz，频率分辨率：＜1Hz，输出电平范围：-30dBm~7dBm，并能实现AM、FM、FSK、PSK及BPSK等调制功能。
仪器在单片微机控制下工作，且要求做成便携式，则体积、重量和功耗都要尽量地小。
经数月的努力，通过多次方案修正和硬、软件设计与调试，现已完成上述设计要求，且还增加了：扫频、跳频输出功能和外部AM、FM调制功能，圆满地完成了这次毕业设计的任务。
1 主要参数指标及功能说明(1)射频输出频率范围：1Hz~100MHz(2)射频输出电压：-30dBm~7dBm(3)频率分辨率：1Hz(4)输出阻抗：50Ω(5)射频AM内调制：调制频率1KHz，调制度30%(6)射频FM内调制：调制频率1KHz，频偏5KHz(7)PSK、FSK调制功能(8)扫频功能(9）跳频功能（10）外部AM、FM调制2 方案论证2.1 DDS 合成芯片选择为了满足全部设计要求，选用一片最合理的DDS芯片极为重要。
AD9852、AD9954的比较：两者都满足功能要求，但AD9954具有体积少、功耗仅有200MW显著优点，优选AD9954。
2.2 单片机与DDS芯片接口电路设计2.2.1采用单片机AT89C55直接和DDS芯片AD9954接口，这样接口电路虽然简单、调试方便，但由于单片机AT89C55与AD9954是串行数据传输，由单片机AT89C55内部程序实现数据并串转换无法满足进行AM、FM调制数据传输速率。
2.2.2在单片机AT89C55和DDS芯片AD9954之间采用CPLD芯片EPF7064做接口转接，单片机以并行数据传输，并行数据到串行数据的转换由EPF7064内部设计的硬件电路完成。
2.3 单片机其他外围电路为建立良好的人机交互能力，系统显示采用LCD液晶显示模块，与LED数码管显示来得更形象、更直接，可为用户大量的系统运行信息；要使系统具有可操作性，系统采用自制4*4矩阵键盘，实现频率值输入、工作模式切换。
DDS信号源的设计
EDA技术与实践教程课题：DDS信号源的设计姓名：班级：DDS信号源的设计一．DDS的概述DDS是一种以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。
目前使用最广泛的方式是利用高速存储器查找表，然后通过高速DAC 输出已经用数字形式存入的正弦波。
DDS技术一般都是以数字控制振荡器NCO （Numerically Controlled Oscillator）为核心，来产生频率可调的sin正弦波的波形的数字量表示的幅值。
这些数字量表示的波形幅值再通过一个DAC （Digital-Analog Converter），得到正弦波的模拟量波形。
它是在时域中进行频率合成，从而能够对输出频率进行快速而且精确的控制，并且这种控制全部都是数字控制，因此可以提供非常高的频率精度。
二．DDS工作原理DDS的基本原理是利用采样定理，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下图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，加法器将频率控制字K与累加寄存器输出的累加相位数据相加，把相加后的结果送至累加寄存器的数据输入端。
累加寄存器将加法器在上一个时钟脉冲作用后所产生的新相位数据反馈到加法器的输入端，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累加。
由此可以看出，相位累加器在每一个时钟脉冲输入时，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，相位累加器的溢出频率就是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。
c语言产生不同频率的正弦波,不同的正弦波进行合成
c语言产生不同频率的正弦波,不同的正弦波进行合成C语言产生不同频率的正弦波，不同的正弦波进行合成在计算机编程领域中，正弦波的产生和合成是一个非常具有挑战性和有趣的话题。
C语言作为一种强大的编程语言，提供了许多库函数和工具，可以用来生成和合成不同频率的正弦波。
正弦波是一种连续且周期性的波形，在信号处理和音频处理等领域有着广泛的应用。
在本文中，我们将深入探讨C语言如何产生不同频率的正弦波，并将不同的正弦波进行合成，同时也会共享个人对这一主题的理解和观点。
1. 产生不同频率的正弦波在C语言中，我们可以利用数学库函数和计算方法来产生不同频率的正弦波。
正弦波的频率决定了波形的周期，不同频率的正弦波会产生不同的音调或频率。
通过调用函数或自定义算法，可以计算出不同频率的正弦波的值，并将其存储在数组或缓冲区中。
这样就可以在程序中使用这些数值来表示不同频率的正弦波。
2. 合成不同的正弦波要合成不同频率的正弦波，可以利用数学运算和信号处理的方法。
可以将不同频率的正弦波的数值进行加法或叠加运算，从而得到合成波形。
在C语言中，可以编写函数来实现这些运算，同时也可以利用现有的库函数和工具来进行合成操作。
通过合成不同的正弦波，可以得到丰富多彩的音频效果，也可以用于合成乐曲或音乐。
3. 个人观点和理解个人认为，C语言是一种非常适合进行正弦波产生和合成的编程语言。
它提供了丰富的数学库函数和运算工具，可以方便地进行波形计算和信号处理操作。
通过学习和掌握C语言的相关知识，可以更好地理解正弦波的特性和产生方法，也可以实现更复杂和高级的波形处理操作。
正弦波的产生和合成也可以帮助我们更深入地理解信号处理和音频处理的基本原理和技术。
总结回顾通过本文的介绍和讨论，我们了解了C语言产生不同频率的正弦波并进行合成的方法和技术。
通过调用数学库函数和进行数值运算，可以方便地生成不同频率的正弦波，并通过加法或叠加运算进行波形合成。
个人观点认为，C语言在信号处理和音频处理领域具有很大的潜力和应用前景，有助于深入理解正弦波的特性和计算方法。
数字合成标准信号发生器操作指引
设备名称品 牌发行日期版本编号型号使用部门编 制审核批准(32)光标左右移动键 （33）调节旋钮 （34）kHz/dB μ 频率单位kHz 电平单操 作 指 引示 意 图（1）远程/本地按键 （2）连续调用指示灯 （3）远程控制指示灯 （4）地址显示区 （5）地址调节按键(6)FM开/关键，正弦波输出进，FM灯亮，FM调制输出时,FM指示灯灭. （7）调制度显示区，显示FM/AM和立体声的调制度（8）立体声开/关键，正弦波输出进，立体指示灯灯亮，立体声调制制输出时,立体指示灯灭 （9）立体声副信道信号键【SUB/100%一、控制面板按键说明（序号与左图编对应）位dB μ （35）%/mV确认键，AM和立体声调制度单位%，幅度单位mV （36）数字键盘（37）幅度显示区，显示当前的输出电平或幅度 （38）电平预置键，调用对应单元中电平值 二次功能：存储当前电平值到对应单元中，先按<STO>再按电平预置键（39）身频输出开关键，射频输出时灯亮。
(40)频率调节键 （41）电平调节键数字合成标准信号发生器操作指引盛普科技IQC检验室数字合成标准信号发生器SP1501和下弦波输出。
正弦波输出进，AM灯亮，AM调制输出时,AM指示灯灭 (11)频率键，设置频率，按下该按键，进入载波和正弦波输入状态，可用数字键输入。
二次功能：设置步进频，进入载波和正弦波的步进频率输入 (12)电平幅度键，基本功能：设置电平， 二功能：设置步进电平，可用数字键输入 （13）调制度键，基本功能：AM、FM和立体声调制输出时，按下】，基本功能：设置立体声调制为减模式。
二次功能，将输出设为调制度100%的立体声调输出， （10）AM开/关键，切换AM （42）调制信号输入插座，输入AM\FM和冷酷声的外部调制信号。
在立体声外部左加右模式时，输入外调制左通信信号（43）立体声右通信输入插座，在立体声外部左加右基它键一起实现二次动能 （16）1KHZ内调制源键，基本功能：选择400HZ内部信号为调制信号源。
直接数字频率合成低频信号源的设计与实现
难 以集 成 化 且 成 本 高 。间 接 合 成 法 的 核 心是 锁 相 环 技
修 改 稿 收 到 日期 ：０ ０—０ ２１ ６—２ ９。
第一作 者邹 尔宁 ， ，９ ６年 生 ，９ ８年毕 业 于北京航 空 学 院分 院 自 女 １５ １７
术 ， 了合 成 所 需 要 的频 率 ， 要 采用 多种 形 式 的锁 相 为 需
Ａｂｔａ ｔ Ｄｒｃ ｄｇｔ ｒｑ ｅｃ ｙ ｔｅｉ Ｄ Ｓ）ｆａ ｒｓａ ｖ ｎａｅ ｆ ｉｈ ｒｓｌｔ ｎ，ｐ ａｅｃｎｉｕｕ ｐ ｎｆ ｑ ｅｃ ｗ ｔ ｉｇａｄ ｓｒ ｃ： ｉ ｔ ｉｉｌｆ ｕ ｎ ｙｓｎｈｓｓ（ ＤＦ ｅ ａ ｅ ｅｔ ｅ ｄ ａ ｔ ｓｏ ｇ ｅｏｕｉ ｕ ｇ ｈ ｏ ｈ ｓ ｏ ｔ ｏ ｓｕ ｏ ｒ ｕｎ ｙｓ ｉ ｈｎ ｎ ｎ ｅ ｃ
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图 １ ＤＤＦ Ｓ原 理 图
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高于其他频段 的频率 覆 盖系数 ， 一般 的 Ｒ Ｃ振 荡器 或 Ｌ ｃ振荡器都无法达到… 。随着计算机技术 的发 展 ， 数
字技 术 已广 泛 应 用 于 各 类 电 子 测 量 仪 表 ， 接 数 字 频 直
正 弦样本 ， 需要 一 个容 量 为 ２的 计 数器 ， 还 以此 得 到 ２
正弦波信号发生器的设计与实现
在此设计中的基于DDS技术的信号发生器，是通过用单片机编程将控制字并行送入DDS芯片AD9850，然后由AD9850产生波形输出，即采用基于相位累加器的数字频率合成法，利用直接数字合成芯片AD9850产生波形。
在上世纪70年代，随着微处理器的出现，可以使生更复杂的波形。这一时期比基于软件的波形发生器，在本质上，该DAC采用一个微处理器的程序控制，就可以得到各种简单的波形。
二十一世纪，随着集成电路技术的飞速发展，已经有工作频率超过千兆赫的DDS芯片，而且还促进的函数波形发生器的发展，2003年，安捷伦33220A能够产生17种波形的产品，最高频率可达20M，2005年的产品N6030A能够产生了500MHz的频率，采样频率为1.25GHz。
直接数字频率合成器DDS组件后，DDS组件限制速度和数字噪声引起的这两个主要的缺点阻碍了DDS技术的发展与应用。近年来，超高速数字电路的发展以及对DDS的深入研究，DDS的最大工作频率和噪声性能接近的锁相环率合成器，并达到了相当的水平。随着微电子技术的迅速发展，直接数字频率合成技术得到了迅速的发展，它不同于人其他现代频率合成技术的频率合成，具有优越的性能和特点。反映在较宽的带宽，频率转换时间短，频率分辨率高，输出相位连续，可生产各种其他宽带正交信号和调制信号，可编程数字，控制灵活，具有很高的价格。现在广泛的应用在通信，导航，遥测，雷达，电子战和现代仪器仪表行业等领域[1]。
数控正弦函数信号发生器(2013-2014-103)
教学方法：
1. 教法： ① 在实验室集中，分3次讲解。 * 电路设计提示。 * 装配要求、调测方法。 * 实验报告撰写要求。 ② 辅导实验、最后逐一验收。 2. 学习方法： *认真自学《电子电路课程设计》相关章节。 * 独立完成设计。 *独立装配、调测、撰写设计报告 。
课程纪律：
1. 缺少实验达三分之一以上无成绩，必须重修。
三、课题技术指标
3.1 技术指标(P146课题8.2.7)
1、整体功能要求
数控函数发生器的功能是用数字电路产生正弦波、方波、 三角波和锯齿波信号，输出信号的频率和电压的幅度均由 数字式开关控制，并用一个自复开关进行选择4个发光二极 管，指示波形种类。 事先对一个波形进行取样，把各个样点的取样值存入 存储器构成函数表（可以存入一个周期的完整信号，也可 以存入半个周期或1/4个周期）。通过数字频率控制电路对 函数表的读取，再把读取的取样值取出还原成原始的波形 信号，这就构成了信号发生器的基本设计原理。
}
}
（3）输出数据作为EEPROM里面输入的正弦函数表：
（3）三角波函数表的算法设计： 用C语言进行如下编程：
#include<stdio.h>
void main()
{ int i;
int rom_triangle[256];
int hex[256][2]; for(i=0;i<128;i++)
2、系统结构要求
数控信号发生器的结构如图1所示，其中波形发生器 采用数字电路产生正弦波、方波、三角波和锯齿波信号， 频率选择开关用于选择输出信号的频率，幅度选择开关用 于选择输出信号电压幅度，频率选择开关和幅度选择开关 均应采用数字电路，自复开关用于进行选择4个发光二极管 并指示波形种类。 通过频率控制开关改变频率控制电路的输出频率，由此 改变计数器（地址发生器）的循环计数速度，进而改变从 存储器取出的速度，经D/A变换后输出正弦波信号，再由幅 度控制开关控制输出信号的电压幅度，自复开关用于进行 控制选择4个发光二极管并指示其对应的4种波形。
应用AD9851实现正弦波信号源
收稿日期:2005-10-02 第一作者 项海涛 男 28岁 硕士研究生应用AD9851实现正弦波信号源项海涛1 杨志军1 崔 欣2(1.解放军理工大学通信工程学院研究生三队,江苏南京210007;2.解放军通信指挥学院,湖北武汉430000)摘 要:直接数字合成(Direct Digital Synthesis,DDS)是一种重要的频率合成技术,具有分辨率高、频率变换快等优点。
介绍了采用ADI 公司DDS 芯片AD9851实现正弦波信号源。
该信号源能产生的频率为0~70MHz,可控步长为1Hz 。
控制中心采用A tmel A T 89S52单片机完成对AD9851、zlg7289的控制。
关键词:单片机;DDS;信号源;AD9851中图分类号:T N 742.1 文献标识码:A1 系统总体设计当今通信信道正朝着全数字化、高集成度方向迅速发展。
由于DDS 芯片的处理速度快,性能优越,并集成了D/A 转换器和DDS 结构,因而获得了广泛应用。
本文设计的信号源能产生的频率为0MHz~70M Hz,可控步长为1Hz 。
控制界面为一个简易3 4键盘和3个数码管,用zlg7289芯片完成键盘的自动扫描和数码管的显示驱动。
控制中心采用A tmel A T 89S52单片机完成对A D9851、zlg7289的控制。
系统加电以后,在键盘上输入需要的输出信号源频率值,然后按Enter 键,单片机将按键值通过程序转化为与A D9851对应40bit 的控制字,并送入A D9851中,就可以产生所需要的信号源。
如果输入有误,按Cancel 键,则维持原频率不变,然后可以重新输入所需的频率值。
AD9851产生需要频率的信号,再经低通滤波,放大后就可以作为信号源使用。
2 系统所用器件介绍2.1 AD 9851简介A D9851是在A D9850的基础上,做了一些改进以后生成的具有新功能的DDS 芯片。
如下图(A D9851内部结构)所示,AD9851是由数据输入寄存器、频率/相位寄存器、具有6倍参考时钟倍乘器的DDS 芯片、10位的模/数转换器、内部高速比较器这几个部分组成。
基于DSP Builder的正弦信号源优化设计及其FPGA实现
基于ＤＳＰＢｕｉｌｄｅｒ的正弦信号源优化设计及其ＦＰＧＡ实现作者：杨应琼李明来源：《现代电子技术》2008年第11期摘要：主要介绍了直接数字频率合成器的原理和特点，研究了用DSP Builder实现正弦信号发生器的设计方法，继承了传统DDS信号源调频、调相迅速的优点,给出了查找表压缩优化方法。
并应用Altera公司推出的DSP Builder和QuartusⅡ进行了仿真实现。
实际结果表明，此设计方法在节约芯片资源的基础上达到了较高了精度。
关键词：正弦信号源；直接数字频率合成；压缩存储查找表；现场可编程门阵列中图分类号：TN911 文献标识码：B文章编号：1004-373X(2008)11-029-Design of an Optimized Sine-Abstract：This paper mainly describes the principle and features of Direct Digital Frequency Synthesizer(DDS),studies ways of designing DDS based on DSP Builder,inherits the virtue of fast transition of frequency and phase,which is possessed by traditional DDS.Meanwhile,puts forward the optimized method of look-up table compression,besides,implements the simulation through DSP Builder and QuartusⅡ born from Altera Company.The actual results show that a system designed by this method is resource-Keywords：sine-wave generator;DDS;look-up table compression;FPGA实现信号源常用的方法是频率合成法，其中直接数字频率合成法是继直接频率合成法和间接频率合成法之后，随着电子技术迅速发展的第三代频率合成技术。
直接数字合成技术(DDS)原理
M fo = N fc 2
实际应用中一般取1≤M≤(N-2) 实际应用中一般取1≤M≤(N1≤M≤(N
截断误差：一般舍去N的低位，只取N的高A 如高16 16位 截断误差：一般舍去N的低位，只取N的高A位（如高16位） 作为存储器地址，使得相位的低位被截断（即相位截尾）。 作为存储器地址，使得相位的低位被截断（即相位截尾）。 当相位值变化小于1/2 波形幅值并不会发生变化， 当相位值变化小于1/2A时，波形幅值并不会发生变化，但输 出频率的分辨率并不会降低， 出频率的分辨率并不会降低，由于地址截断而引起的幅值误 称为截断误差。 差，称为截断误差。
第5页
8.４ 8.４.2 DDS频率合成信号源 频率合成信号源
1 单片集成化的DDS信号源 单片集成化的DDS DDS信号源
300MHzDDS 参 考 时 钟 4×～20× × × 参考时钟 倍乘 FSK/BPSK/HOLD 数据输入 频 率 累 加 器 相 位 累 加 器 + 相位偏移 及调制 相 位 转 换 器 滤波 器 滤波 器 12位 位 AM调制 调制 M/
fo =
1 f = c NT c N
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电子测量原理
DDS的实现原理如下图所示 DDS的实现原理如下图所示
fc 地址计数器 （÷N） ） 正弦波ROM 正弦波 存储器 DDS组成原理 组成原理 D/A LPF fo
输出信号频率fo 取决于两个因数： 参考时钟频率； 输出信号频率 : 取决于两个因数：⑴参考时钟频率；⑵ ROM中存储的正弦波 中存储的正弦波； ROM中存储的正弦波； 如果地址计数器以步进M M>=1)进行累加，则可在f 如果地址计数器以步进M（M>=1)进行累加，则可在fc和ROM 地址计数器以步进 进行累加 数据不变的情况下改变输出频率 此时f 输出频率， 数据不变的情况下改变输出频率，此时 o为：
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大庆石油学院课程设计2009年7 月10 日大庆石油学院课程设计任务书课程通信电子线路课程设计题目数字合成标准正弦波信号源专业通信工程姓名ＡＡＡ学号07060214ＡＡ主要内容、基本要求、主要参考资料等主要内容：设计一种利用锁相环频率合成技术和数字波形合成技术组成的程控低频正弦波信号发生器。
基本要求：1. 频率分辨率0. 1Hz2. 输出正弦波频率和幅值的精度高、稳定性好，且失真度很低，电路简单、可靠、便于程控，可作为标准正弦信号源用于高准确度仪表中。
3. 本电路输出的正弦波在40.0Hz -- 400.0Hz间测得的失真度小于0. 1，正弦波有效值为5. 000V士0. 002V,频率准确度优于士0.01%稳定度。
主要参考资料：1. 曹曙光等.高稳定度程控交流标准电流源.电测与仪表，1993，1.2. 戴逸民.频率合成与锁相技术，中国科技大学出版社，1995.3. 华正权.信号变换电路，电子工业出版社，1994.完成期限2009、6、29—2009、7、10指导教师专业负责人2009年6 月29 日目录1.设计要求 (1)2.方案设计 (1)2.1总体结构 (1)2.2锁相频率合成技术 (1)2.3循环计数与波形合成 (3)3.单元电路设计、参数计算和器件选择 (4)3.1数模转换器部分 (4)3.2低通滤波器部分 (5)4.电路的工作原理 (6)4.1信号频率范围 (8)4.2波形失真度 (9)4.3幅值稳定性 (9)5.测试结果 (9)6.总结 (9)7.系统需要的元器件清单 (10)参考文献 (10)1.设计要求设计一种利用锁相环频率合成技术和数字波形合成技术组成的程控低频正弦波信号发生器。
频率分辨率0. 1Hz，输出正弦波频率和幅值的精度高、稳定性好，且失真度很低，电路简单、可靠、便于程控，可作为标准正弦信号源用于高准确度仪表中，要求电路输出的正弦波在40.0Hz -- 400.0Hz间测得的失真度小于0. 1，正弦波有效值为5. 000V士0. 002V,频率准确度优于士0.01%稳定度。
设计出的频率合成器能把一系列的数字信号通过D/A转换成模拟信号并输出。
2.方案设计2.1总体结构电子测量仪表的检定需要使用标准交流电压电流源，在标准源的设计中，交流电压发生器是重要环节，是整个系统的基础。
它的频率精度、分辨率、稳定度和波形失真度决定了仪器的最终指标。
本文采用数字合成技术产生40~400Hz,步进0.1Hz的正弦波，配合标准源的整体设计。
用单片机设置输出频率，其原理如图1所示。
单片机控制的锁相环频率合成器产生25600~256000Hz、步进值为64Hz的方波脉冲信号。
EPROM存储器中存放一张正弦波形幅值表，台阶数为640，脉冲信号通过计数器产生循环地址，依次将EPROM中的二进制幅值码取出进行D/A转换。
经过低通滤波后输出平滑连续的正弦波。
本电路还可根据需要将输出信号频率锁定在电网频率上，以消除拍频对稳定性造成的不利影响。
图1原理图2.2锁相频率合成技术相位反馈理论和锁相技术应用于频率合成领域，产生了间接式频率合成器。
所谓间接式是指合成器的输出信号不是直接从参考源经过变换而得，而是由锁相环的压控振荡器间接产生所需要的频率输出，所以，间接式频率合成器又称为锁相频率合成器。
它是基于锁相环路的同步原理，从一个高准确度、高稳定度的参考晶体振荡器综合出大量离散频率的一种技术。
锁相频率合成器由基准频率产生器和锁相环路两部分构成。
基准频率产生器为合成电路提供一个或几个高稳准的参考频率，锁相环路则利用其良好的窄带跟踪特性，使频率准确地锁定在参考频率或其某次谐波上，并使被锁定的频率具有与参考频率一致的频率稳定度和较高的频谱纯度。
由于锁相环路具有良好的窄带滤波特性，故其输出信号质量较直接式频率合成器得到明显的改善。
锁相技术在频率合成中的成功应用，使频率合成技术获得突破性进展。
锁相频率合成器的结构简单、输出频率成分的频谱纯度高，而且易于得到大量的离散频率等优点引起了人们的极大关注，为频率合成器的广泛应用打下了基础。
在锁相频率合成器中，输出频率系列是由压控振荡器(VCO)产生的。
该频率在环路的鉴相器中，不断地与来自石英晶体振荡器的基准频率进行相位比较，并通过比较后产生的误差信号对振荡频率进行校准，使输出频率系列中的任一频率均具有与基准频率相同的频率稳定度。
该电路通过锁相环产生由单片机软件设定的25600~256000Hz之间的脉冲信号，其频率精度和稳定度完全取决于所选晶振，电路原理如图2所示锁相环CD4046工作于倍频状态，其输入基准频率f1与输出频率f0之间的关系为:f0=N*f1,N为倍频系数。
由此可见，f1是f0变化的最小间隔。
受到CD4046最高工作频率的限制。
f1不能太高，本电路设计为64Hz。
由晶振产生的1MHz振荡信号经可编程定时器8253的定时器2分频后获得。
倍频系数N则取决于8253定时器1的计数常数，由单片机软件设置，8253工作于模式5。
8031将8253作为一个I/O端口，通过随时对它的写入来改变倍频系数N，实现锁相环输出时钟信号的频率预置。
N与合成正弦波频率的关系如下(正弦波台阶数640):N f0(Hz) 正弦波频率(f0/640Hz) 400 25600 40.0401 25664 40.1………………4000 256000 400.0电路中用模拟开关CD4066由单片机控制切换机内频率信号和电网频率信号。
电网信号经衰减、隔离、整形后作为f1输入锁相环，此时的倍频系数N设定为640则f0=640*f1，f0以及合成正弦波频率跟踪f1变化，从而使仪器输出锁在电网频率上。
锁相环用鉴相器2工作。
整个电路调试关键在于锁相环的LPF网络及其决定压控振荡器工作频率范围的C，R参数选择。
锁相环的输出脉冲还须经过整形和驱动后作为时钟CP供给后续TTL电路。
在25600~256000Hz频率范围内。
本电路产生的 CP脉冲用E312通用计数器测量最大误差不超过士0. 01%.其频率稳定度经多次测试，相对变化小于0.005%。
图2 锁相环频率合成的原理图2.3循环计数与波形合成由理论分析可知，数字合成的正弦波失真度与产生合成波形的台阶数有关，台阶数越多越有利于减少失真，但随着频率增高，台阶数的增多受到D/A转换器频率特性和建立时间的限制，若台阶畸变则会出现二次和三次谐波，造成滤波困难。
本电路采用640台阶数，电路原理如图3所示。
来自锁相环的脉冲信号作为时钟驱动3片并行级联的二进制计数器74LS163产生。
0~639(000H~279H)范围的地址信号，当计数到279H时，复位逻辑电路产生复位脉冲到74LS163的清零端。
在下一个时钟脉冲到来之际使74LS163复位并重新计数。
电路中12位D/A转换器AD7521接成双极性工作状态，两片宽频带运放LF356将D/A输出的电流转换成电压输出，两片EPROM(2732)中分别存放正弦二进制偏移码的低八位和高四位。
由文献可知，EPROM数据Di的计算公式如下:D i=INT（2N-1SIN（2∏/M*I））+2n-1式中I为EPROM的地址值，M为台阶数，这里n=12，为D/A的位数。
由于2732的读出时间为200ns。
远大于TTL门传输时间。
因此延时的设计十分重要，电路中采用74LS123进行两级延时，保证了地址、数据的可靠传递。
此环节的输出是近似正弦的阶梯波，每周期640个台阶。
图3 数字合成正弦波原理图带台阶和毛刺的正弦波必须滤去高次谐波分量，电路中的低通滤波器采取二阶巴特沃兹低通滤波器形式。
其特点是在通频带内有平坦的幅频特性，根据设计的截止频率确定电阻和电容值，用实验调整确定最后实用的参数。
必须注意在替换电阻和电容时要求数值准确。
否则会使滤波特性发生变化。
滤波器的输出已是平滑连续的正弦波形。
综上所述，合成正弦波的失真度主要决定于时钟脉冲CP的质量、波形台阶数和低通滤波器参数选择。
正弦波幅值大小的调整可以通过改变AD7521的参考电压V ref实现。
本电路由电压基准LM336经OP07同相放大接到AD7521的V ref端，调整同相放大器的放大倍数将正弦波的有效值调节为5.00V。
3.单元电路设计及参数计算3.1数模转换器部分频率合成器从ROM中读出的波形幅度值，最终要经过D/A 转换成相应的模拟阶梯波形。
理想的DAC是一个采样保持系统一个数码被转换为一个模拟值并在整个采样周期内保持其值，在输出瞬间从一个模拟值变化到另一个模拟值。
不幸的是，DAC 并不是理想的，它的输出具有有限的转换时间，存在相关码突变，这是一个短暂的输出误差，其幅度和宽度是输入编码的变化函数。
本次使用的数模转换器件是AD 公司的AD9713B 高速芯片，它有以下几个优点：速度快(l0M 的转换速率)，精度高(l0位分辨率)，转换噪声低(SFDRIMHZ ：70db)，功耗低，电平兼容。
在数据输入时序上，其锁存信号是低电平有效，即在锁存信号LATCH=0时，输入通道是透明的。
锁存信号与输入数据应符合一定的时序关系才能被正确锁存。
AD9713B 的时序如下图4示，从图中可以看出，数据要被正确地接收，是需要满足一定的数据建立时间和数据保持时间的。
图 4 AD9713B 数据输入时序图3.2低通滤波器部分以离散数字序列经数模转换，成为模拟信号的原理为基础实现的信号发牛器有其固有的优点，但同时也具有频谱分量复杂，杂波多的缺点。
在信号发生器中，滤波器起着保持有效分量、抑制杂波的作用。
理想低通滤波器的幅频特性和群延迟特性如图5所示。
模拟阶梯波形需通过LPF 形成平滑的波形曲线。
理想滤波器是非因果的，在实际中无法实现，所以实际中常用其他方法来逼近。
根据逼近方法的不同可分为巴特沃思滤波器、切比雪夫滤波器、椭圆滤波器及贝塞尔滤波器等。
巴特沃思滤波器利用巴特沃思函数来逼近理想滤波器，其逼近程度与其阶数N 有关，N 越高则逼近程度越高，效果越好，但其实现就越复杂，成本也越高。
在实际中，常根据在通带和阻带的设计指标来确定所需要的最低阶数。
实际上，理想的滤波器特性是不可能获得的，只能用某种方式按某种规律去逼近它。
采用不同的LA LA TCH PULSETs ： INPUT SETUP TIME曲线逼近理想滤波器，就获得了不同类型的滤波器。
常见的滤波器有以下几种：Butterworth 滤波器、Chebyshev 滤波器、椭圆滤波器、Bessel 滤波器和线性相位滤波器。
五种滤波器有着各自的特点：Butterworth 滤波器也称为最大平滑滤波器，它的传递函数只有实数极点和无穷零点，因而其幅频特性在通带和阻带内都是单调的，但也造成了通带到阻带的过渡缓慢；Chebyshev 滤波器的传递函数有复数极点和无穷零点，因而其幅频特性表现为有波动，其中ChebyshevI 型为通带单调、阻带波动，Chebyshev 型为通带波动、阻带单调，Chebyshev 滤波器以引入纹波为代价，使其过渡特性比Butterworth 滤波器要陡峭；椭圆滤波器也叫考尔滤波器，它的传递函数有复数极点和(截止频率附近的)有限零点，因而其幅频特性在通带和阻带内都是波动的，但它的过渡特性最陡峭；Bessel 滤波器的传递函数只有实数极点和无穷零点，其幅频特性在通带和阻带内都是单调的，但它采用Bessel 逼近来实现滤波器设计，在通带内具有线性相位或平坦延迟；线性相位滤波器与Bessel 滤波器相似，在其通带内具有线性相位的响应，但在整个通带内，滤波器的群延迟特性并不是单调的，而是引入了纹波，从而在整个通带内达到群延迟的均方误差最小。