基于DDS移相正弦信号发生器设计.docVIP

基于DDS的移相正弦信号发生器设计 一．设计原理 1.1 利用DDS产生正弦波信号的工作原理 由DDS产生频率、相位可控制的正弦波。频率累加器对输入信号进行累加运算，产生频率控制数据M( 或相位步进量）。读出的数据送入D/A转换器和低通滤波器以恢复实际波形。 频率控制字M和相位控制字分别控制DDS输出正(余)弦的频率和相位。DDS系统的核心是相位累加器，它由一个累加器和一个N位相位寄存器组成。每来一个时钟脉冲，相位寄存器以步长M增加。相位寄存器的输出与相位控制字相加，其结果作为正(余)弦查找表的地址。ROM 查找表中储存着一个完整周期的正弦波数字幅度信息，ROM查找表把输入的地址信息映射成正(余)弦幅度信号，同时输出数模转换器(DAC)的输入端，DAC输出的模拟信号经过低通滤波器(LPF)，可得到一个频谱纯净的正(余)弦波。从而实现正弦波信号的产生。 直接数字合成DDS的可移相数字信号发生器原理图： 1.2 DDS的数字移相原理 DDS 技术的核心是相位累加器，. 每来一个时钟信号，，. 经DDS 输出的信号可描述为 (1) 其中， SoutDDS输出的信号，foutt是连续的。为便于数字逻辑描述该表达式，，clk进行抽样，设正弦信号的相位φ= 2πfout t ，Tclk相位φ变化量为 （2） 式(2)中， fclkclk 的频率，2π可以看成是满相位的1为了对输出的相位进行控制，P 来实现，clk 周期的相位增量Δθ用P 来表示，= P ·Δφ式1 与式(2) 联立可得 （3） 显然， 上式中，，，，DDS 输出的正弦信号。即实现了移相功能。 二．设计程序 在EDA工具软件平台上，以硬件描述语言VHDL为系统逻辑描述手段完成的设计文件，自动地完成逻辑编译、逻辑化简、逻辑分割、逻辑综合、结构综合以及逻辑优化和仿真测试，直至实现既定的电子线路系统功能。 2.2 各设计模块的程序源代码 本设计中DDS正弦信号发生器有32位、10位加法器，32位、10位寄存器，有正弦波存储器组成。电路模型图如下： 数字移相信号发生器电路模型图 “FWORD” 是8位频率控制字，控制输出正弦信号的频率； “PWORD”是8位相移控制字，控制输出正弦信号的相移量； ADDER32B和ADDER10B分别为32位和10位加法器； SIN_ROM是存放正弦波数据的ROM，10位数据线，10位地址线，其中的数据文件是LUT10X10.mif，可由MATLAB直接生成； REG32B和REG10B分别是32位和10位寄存器； POUT和FOUT分别为10位输出，可以分别与两个高速D/A相接，他们分别输出参考信号和可移相正弦波信号。 将DDS正弦信号发生器设计其顶层文件程序导入，将以上几个模块放在同一个文件夹下，建立工程、分析综合、引脚分配、布局布线、配置下载。 三．实验结果 对于数字移相正弦信号发生器构建的顶层电路图，QUARTUSⅡ5.0软件中进行仿真，2所示。Pout是基准没有经过移相的正弦信号数据，P作为相移控制字，，DDS 数字移相正弦信号发生器相移的大小，q。 1，2中可以知道，Pout为2.26μs时，q530；而在Pout为2.28μs时，q 530，P =4时正弦相移的情况。测试正弦波输出的性能，系统产生的波形是由波形数据ROM中的数据值，经DA后产生的。也就是说系统产生的波形应该跟选取数据点的波形模型一致。下图为取波形数据时，用matlab建立的正弦波模型。