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1、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。是一种新型的频率合成技术. 具有相对带宽大 , 频率转换时间短 , 分辨力高 , 相位连续性好等优点 , 很容易实现频率 , 相位和幅度的数控调制, 广泛应用于通讯领域. 实验要求利用 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 ） 。DDS 主要由
2、频率预置与调节电路、累加器、波形存储器、D/A 转换器、低通滤波器构成。其组成原理如下图所示：图 DDS 基本结构图(1) 频率预置与调节电路作用：实现频率控制量的输入；不变量 K被称为相位增量， 也叫频率控制字。 频率控制字的值可以由EDA实验系统提供的若干个开关直接输入， 也可以由一个外部开关控制计数器产生相应的频率控制字。(2) 累加器图 累加器原理图累加器原理图如图所示，它由N位加法器 N位寄存器构成。每来一个时钟，加法器就将频率控制字K与累加相位数据相加， 相加的结果有反馈送至寄存器的数据输出端， 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，相位相加器在每一个时脉冲
3、输入时，把频率控制字累加一次， 相位累加器的溢出频率就是 DDS输出的信号频率。 由于相位累加器为N位，相当于把正弦信号在相位上的精度定为N位（N的取值范围一般为24-32），所以分辨率为 1/ 2N，若系统基准时钟频率为cf，频率控制字K 为 1，则 DDS输出最小频率为of=cf/ 2N； DDS 输出的最高频率由 Nyquist采样定理决定，即cf/2 （K的最大值为 2N-1） ；若 K为 B，则输出频率为：of=Bcf/ 2N。(3) 波形存储器精品资料 - - - 欢迎下载 - - - - - - - - - - - 欢迎下载 名师归纳 - - - - - - - - - -第 1
4、 页，共 4 页 - - - - - - - - - - 图 波形存储器用相位累加器输出的数据作为波形存储器（ROM ）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。N位的寻址 ROM 相当于把00 0360 的正弦信号离散成具有2N个样值的序列，若波形 ROM 有 D位数据位，则2N个样值的幅值以 D位二进制数值固化在ROM中，按照地址的不同可以输出相应的正弦信号的幅值。选取 ROM 的地址（即相位累加器的输出数据）时，可以间隔选项，相位寄存器输出的位数N 一般取 10-16 位，这种载取方法称为截断式用法，以减少ROM的容量。N
5、太大导致 ROM 容量的成倍上升，而输出精度受D/A 位数的限制未有很大改善。(4)D/A 转换器D/A 转换器的作用：把已经合成的正弦波的数字量转换成模拟量。正弦幅度量化序列经 D/A 转换后变换成了包络为正弦波的阶梯波。波形存储器的输出送到D/A 转换器，由 D/A 转换器将数字信号转换成模拟信号输出。图 D/A 转换器的输出信号波形(5) 低通滤波器滤除生成的阶梯形正弦波中的高频成分，将其变成光滑的正弦波。tSin(t)tSin(t)tSin(t)精品资料 - - - 欢迎下载 - - - - - - - - - - - 欢迎下载 名师归纳 - - - - - - - - - -第 2
6、页，共 4 页 - - - - - - - - - - 频率和相位均可控制的具有正弦和余弦输出的DDS核心单元电路示意图如下图所示：其中, 最后的 10位 D触发器起到稳定输出的作用, 可以防止电路出现冒险现象.实验设计要求：1、基本设计要求：利用 QuartusII软件和 SmartSOPC 实验箱实现 DDS 的设计；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 21210 类型；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；系统具有清零和使能的功能；利用实验箱上
7、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；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；2、提高设计要求：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 )能够同时输出正余弦两路正交信号；在数码管上显示生成的波形频率；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；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；自己添加其他功能。精品资料 - - - 欢迎下载 - - - - - - - - - - - 欢迎下载 名师归纳 - - - - - - - - - -第 3 页，共 4 页 - - - - - - - - - - 精品资料 - - - 欢迎下载 - - - - - - - - - - - 欢迎下载 名师归纳 - - - - - - - - - -第 4 页，共 4 页 - - - - - - - - - -