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1、DDS原理与应用,通信工程2002级李忠琦,自我介绍,通信学院2002级2005全国大学生电子设计竞赛一等奖通信楼527E-Mail： StanleyL,电子设计竞赛,本科阶段最艰苦，收获最大的比赛拿奖=3人能力*努力程度*意志力*团队意 识*运气个人收获=求知欲*努力程度*意志力*团队意识,DDS简介,全称Direct Digital Synthesizer（直接数字合成），是从相位出发，直接采用数字技术产生波形的一种频率合成技术。 简单的说就是直接查表得到每一点波形所对应的数字值。与MatLAB的stem函数相似,MatLAB中,N=1:0.2:20stem(N,sin(N),DDS与外围
2、系统,虚线部分是DDS结构内部D/A：模数转换器LPF：Low-Pass Filter 低通滤波器,DDS总体结构,先分部分介绍其结构，后面会讲到总体原理。,相位增量(Phase Increment),也称为频率控制字，单纯的无单位（不代表弧度或者角度）无符号数。,相位累加器(Phase Accumulator),由一个无符号数的加法器和一个寄存器构成，一个时钟周期完成一次加法运算。,量化器(Quantizer),完成很简单的功能。将较高精度，较大位宽的输入，丢弃低比特位，得到较低精度，较小位宽的输出，直接用作后面查找表的地址。,正余弦查找表(Sine/Cosine Lookup Table)
3、,存放正余弦数值。在单片机应用中，可以由MatLAB产生，手动写入。在FPGA中，系统可自动生成，也可手动写入。,正余弦查找表(Sine/Cosine Lookup Table),举例（随地址空间大小的不同，数值发生相应的变化）计算公式就是Y=5000*sin(X/16*2)+1,放大倍数,直流偏移,正余弦查找表(Sine/Cosine Lookup Table),DDS总体原理,每一周期会累加上固定的相位值，然后从查找表中找到对应的数值。,输出频率计算公式,输出频率计算举例,实际应用中,通常是知道系统工作时钟，和要求生成的输出频率，需要计算相位增量。,频率分辨率公式(Frequency Re
4、solution),频率分辨率计算,相位抖动DDS (Phase Dither DDS),相位截断DDS的频谱,相位抖动DDS结构,随机抖动序列发生器,不适合电子设计比赛中使用,相位抖动DDS频谱,DDS设计扩展,生成正余弦波时，只存放1/4个周期的波形（高2比特不作为数据位，而作为波形的选择使用），优点是大大节约存储空间，但会导致计算的时间延长。使用DDS生成任意波形（三角波、方波、锯齿波等）,D/A的使用简单介绍,D/A是数模转换器。关于它的调用，每一种具体型号有所不同。但是基本原理都是将数字信号传送给D/A，由D/A完成转换，输出模拟信号。,定时器的使用简单介绍,定时器中断是单片机中各种
5、中断中的一种。简单的说，定时器就是自动在每次设置的时间到时之后执行定时器中断函数。定时器需要启动命令启动，并需要设置每次计时的时间。,设计实例51单片机,通过一个简单的实例来说明设计的原理使用Atmel公司的89C51系列单片机，MSP430等单片机实现方法类似。目标：采用深度为256的查找表，在10KHz的数据输出频率下，实现100Hz1KHz的正弦波输出。,步骤1,通过MATLAB建立正余弦查找表f1 = fopen(d:aaa.txt,w);fprintf(f1,%.0f,255.5*(sin(N/256*2*pi)+1);fclose(f1),正余弦查找表,注意最前面的”code”（5
6、1用）。MSP430使用”const”。注意：表有点问题，范围应该是从0256.,步骤2,计算相位增量,计算出相位增量，将相位累加器清零,定义几个变量,通过宏定义的方式给出数据输出时钟和正弦波频率,注意：上式请自己推导，与课件中公式有点区别,步骤3,每一次定时器中断输出一个值,设计实例Xilinx公司FPGA,设计一个使用100MHz时钟产生10MHz正弦波设计环境使用Xilinx公司的ISE7.1使用Core Generator生成DDS的IP Core,步骤1,选择生成新的IP Core,步骤2,在“Communication & Networking”-“Modulation”中选中”D
7、irect Digital Synthesizer 5.0”,步骤3 设置必要参数,产生正弦还是余弦,工作时钟频率,频率分辨率,频谱纯净度,步骤4 设置输出频率,输出正余弦波频率,查找表是可写入或系统自动生成,步骤5 设置可选参数,是否使用抖动技术,存储器类型,流水结构,步骤6 给出统计报告,课后练习作业,因为是很基本的东西，所以请让一组的所有同学都参与一下，不要一个人做完。开学后各组带队老师会检查该组的完成情况。,题目,使用51单片机（Keil环境）编写DDS产生正弦波的程序（单片机工作频率16MHz）基本要求：在10KHz的D/A数据输出频率下，产生100Hz1KHz的正弦波输出。要写出完
8、整的程序，包括定时器的初始化和调用。D/A的输出部分不要求，可以调用函数如 Void Send_to_DA(unsigned char send_value) DA输出函数体内部不要求写。正弦表深度为512.输出正弦波频率通过宏定义变量给入即可，不要求输入的函数。,题目,发展要求：1、存储表只存放1/4个周期的正弦函数，完成正弦函数的输出2、能够同时输出三角波和正弦波（通过一个宏定义变量切换）3、同时使用两个DA，如何最简便的同时输出正弦和余弦波形？按照你所想出的方法写出程序。,有兴趣的同学可以安装Xilinx ISE7.1，自行完成FPGA的程序设计（不要求同组一起完成，看个人兴趣）。答疑在通信楼527E-mail: StanleyL,