S移相信号发生器EDA技术与VHDL课程方案.docxVIP

摘要信号发生器又称信号源，在生产生活实践中应用广泛。在我们各电子实验室是不可少的实验仪器。他能够产生多种波形，如正弦波、三角波、方波、锯齿波等。并且可以选择输出任意频率、幅度、相位的波形。 本设计是采用DDS直接数字频率合成技术来产生各种波形信号，它具有相对带宽很宽，频率转换时间极短，频率分辨率很高，输出相位连续，并且很容易实现频率、相位、幅度的调制。本设计是移相信号发生器具有波形选择，调频、调相、调幅的功能。关键字 DDS 调频 调相 调幅 正弦波 三角波 方波 锯齿波目录摘要1目录2第一章 整体设计论述3第二章 直接数字频率合成技术（DDS）基本原理52.1基本原理52.2 DDS的参数确定6第三章 单元模块设计及仿真波形73.1正弦波设计模块73.2 三角波设计模块83.3 方波产生模块103.4 锯齿波设计模块113.5 整体电路仿真波形13第四章硬件实验结果144.1引脚锁定144.2 硬件测试结果15第五章心得与体会21第六章附录23第一章整体设计论述本设计是基于DDS技术（直接数字频率合成技术）设计的一个移相信号发生器。能够产生正弦波、三角波、方波、锯齿波四种周期性波形。具有选择波形类别、调频、调相、调幅的功能。设计利用EDA硬件在嵌入式逻辑分析仪（SingnalTap II）进行采样分析。本设计输出有两路信号标准信号pout_h（13位）及移相信号fout_h（13位）。频率由8位的频率控制字fword_h控制，控制其取点的步距，最大范围0~255倍，频率控制字越大频率越大。相位由8位的相位控制字pword_h控制，最大范围0~255，控制他的起始值，相位控制字越大初相越大。幅度由十位乘法器一4位乘数ss所以可以最大增大16倍，ss值越大幅度越大。波形类型的选择采用2位的位选sel来确定当sel=00时输出正弦波这时可以对正弦波进行调频，调相，调幅，当sel=01时输出三角波，当sel=10时输出方波，当sel=11时输出锯齿波。这里利用按键Q2、Q4来控制波形选择。Q4接高位。同时电路还设计了复位功能低电平复位，将键Q1按下就复位输出为0。设计框图如下：波形产生原理：1、正弦波原理 采用dds技术，包括基准时钟、相位增量寄存器、相位累加器、波形存储器，乘法器等模块。正弦波将采集的1024点波形数据预先存在ROM单元中，然后在系统标准时钟clk下，按照一定的顺序从定制的ROM单元中读取数据。用频率控制字来控制地址间隔，从而改变频率。用相位控制字来控制初始地址从而控制相位。通过在波形存储器后接乘法器来控制幅度。2、三角波原理 连续加运算到一定值，然后连续进行减运算回到原值，这样反复就是三角波。他通过改变加的数fword的值来改变频率。通过对初值置一个数pword来改变相位。进行相位累加来产生波形。通过对输出的数做乘法来改变幅度。3、方波原理 输出高电平一段时间在让其输出低电平一段时间就可以产生方波了。改变计数间隔可以改变频率。与三角波一样通过置数在进行加法来调相。调幅与三角波一样。4、锯齿波原理 连续加一个数到一定值，然后置0，可以得到一锯齿波。调频，调相，调幅的方法与三角波一样。程序见附录第二章 直接数字频率合成技术（DDS）基本原理DDS技术，是一种新型的频率合成技术和信号产生方法。其电路系统具有较高的频率分辨率，可以实现快速的频率切换，并且在改变时能够保持相位的连续，很容易实现频率、相位、幅度的调制。它是将输出波形的一个完整的周期、幅度值都顺序地存放在波形存储器中，通过控制相位增量产生频率、相位可控制的波形。2.1基本原理DDS电路一般包括基准时钟、相位增量寄存器、相位累加器、波形存储器、D/A转换器和低通滤波器（LPF）等模块。原理框图如下：相位增量寄存器寄存频率控制数据，相位累加器完成相位累加的功能，波形存储器存储波形数据的单周期幅值数据，D/A转换器将数字量形式的波形幅值数据转化为所要求合成频率的模拟量形式信号，低通滤波器滤除谐波分量。整个系统在统一的时钟下工作，从而保证所合成信号的精确。每来一个时钟脉冲，相位增量寄存器频率控制数据与累加寄存器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出端。这样，相位累加器在参考时钟的作用下，进行线性相位累加，当相位累加器累加满量时就会产生一次溢出，完成一个周期性的动作，这个周期就是DDS合成信号的一个频率周期，累加器的溢出频率就是DDS输出的信号频率。相位累加器输出的数据的高位地址作为波形存储器的地址，从而进行相位到幅值的转换，即可在给定的时间上确定输出的波形幅值。波形存储器产生的所需波形的幅值的数字数据通过D/A转换器转换成模拟信号，经过低通滤波器滤除不需要的分量以便输出频谱纯净的所需信号。信号发生器的输出频率f0可表示为：上式中为系