简易DDS信号发生器的设计与验证

2024-07-17 22:20| 来源: 网络整理| 查看: 265

1.原理

相位累加器：N表示K值位宽。K=2^N*Fout/Fclk。并且在输入相位累加器之前还进行了数据寄存，表示K值在变化的时候，不会影响相位累加器的工作。

相位调制器：寄存器的作用一样的，防止P变化影响相位调制器的正常工作。

波形数据表ROM会存储要显示的完整周期的信号。比如完整周期的正弦波信号，假如地址位宽是12位宽，数据位宽是8位宽，那么就表示有2^12=4096个地址，每个地址可以存储1B数据。对正弦波信号进行完整的存储就是沿着横轴进行等间隔采样4096次，每次采集的信号幅值用1个字节来表示。最大值是255，最小值是0。每个存储单元都写入一个幅值，这样就把完整的正弦波信号写入到波形数据表ROM当中。然后以相位调制器传入的数据，作为ROM的读地址，然后将地址对应的幅值以数字量的形式输出。

D/A转换器将数字幅值数字量转换成模拟量，就得到了输出信号。

如果有第5部分的话，就将输出信号通过一个低通滤波器，再输出。

当K等于1时（K是不为0的整数），得到的输出时钟的频率是最小的，得出的Fout是DDS的最小分辨率。K值越大输出时钟的频率越大，但K也不是无限大的，根据采样定理，KM，如图，把N的高8位传给M，也就是并不是每个系统时钟都会对ROM读地址进行一次更新，而是多个时钟周期进行读地址更新，能保证相位累加器溢出时，从正弦ROM表中刚好读取的时整个正弦周期的采样点。相位累加器每计数2^N次对应一个正弦周期，相位累加器一秒钟计数的频率是系统时钟的频率，如果K等于1，输出的时钟就是频率的分辨率，控制K值增加，相位累加器溢出的值就会增加，对应的clk_out的频率就会变为K倍频率分辨率。这样就实现了频率的调节。

举个例子：M=12,D=8,N=32，那么只把N的高12位传给相位调制器，当K等于1，N的低20位每个时钟周期就加1，直到低20位全都为111...111。此时需要进位，把进位就传给M，此时低为又开始从0计数到20位都为1。ROM地址开始等于0，就是把0地址的数据读取2^20次。完成读取之后会向前进位，将1地址，读取2^20次，依次读取，ROM中4096个地址，每个地址都会读取2^20次。输出的频率应该是1/2^20，周期被扩大了2^20倍，当K=100，低20位的数据每次增加100，低20位溢出的时间会比K=1时快100倍，ROM当中一个地址读的次数就是2^20/100次，这时输出的频率就是K=1时输出频率的100倍

2.实验目标

利用外部的AD/DA板卡，设计并实现一个简易的DDS信号发生器，使用按键切换正弦波、锯齿波、方波、三角波四种波形的输出。频率相位可以在代码中调节。FPGA实现的是波形数据表ROM及其之间的部分。

最终输出有改动，在输出时钟前加了一个反相器

2.1 所有波形matlab代码

clc; %清除命令行命令 clear all; %清除工作区变量,释放内存空间 F1=1; %信号频率 Fs=2^12; %采样频率 P1=0; %信号初始相位 N=2^12; %采样点数 t=[0:1/Fs:(N-1)/Fs]; %采样时刻 ADC=2^7 - 1; %直流分量 A=2^7; %信号幅度 s1=A*sin(2*pi*F1*t + pi*P1/180) + ADC; %正弦波信号 s2=A*square(2*pi*F1*t + pi*P1/180) + ADC; %方波信号 s3=A*sawtooth(2*pi*F1*t + pi*P1/180,0.5) + ADC; %三角波信号 s4=A*sawtooth(2*pi*F1*t + pi*P1/180) + ADC; %锯齿波信号 %创建mif文件 fild = fopen('all_wave_16384x8.mif','wt'); %写入mif文件头 fprintf(fild, '%s\n','WIDTH=8;'); %位宽 fprintf(fild, '%s\n\n','DEPTH=16384;'); %深度 fprintf(fild, '%s\n','ADDRESS_RADIX=UNS;'); %地址格式 fprintf(fild, '%s\n\n','DATA_RADIX=UNS;'); %数据格式 fprintf(fild, '%s\t','CONTENT'); %地址 fprintf(fild, '%s\n','BEGIN'); %开始 for j = 1:4 for i = 1:N if j == 1 %打印正弦信号数据 s0(i) = round(s1(i)); %对小数四舍五入以取整 fprintf(fild, '\t%g\t',i-1); %地址编码 end if j == 2 %打印方波信号数据 s0(i) = round(s2(i)); %对小数四舍五入以取整 fprintf(fild, '\t%g\t',i-1+N); %地址编码 end if j == 3 %打印三角波信号数据 s0(i) = round(s3(i)); %对小数四舍五入以取整 fprintf(fild, '\t%g\t',i-1+(2*N)); %地址编码 end if j == 4 %打印锯齿波信号数据 s0(i) = round(s4(i)); %对小数四舍五入以取整 fprintf(fild, '\t%g\t',i-1+(3*N)); %地址编码 end if s0(i)

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