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电子线路课程设计 --直接数字频率合成器（DDS）2014 年 11 月摘要本实验通过使用 QuartusⅡ软件，并结合数字逻辑电路的知识设计，使用DDS 的方法设计一个任意频率的正弦信号发生器，要求具有频率控制、相位控制、以及使能开关等功能。
在此基础上，本实验还设计了扩展功能，包括测频、切换波形，动态显示。
在控制电路的作用下能实现保持、清零功能，另外还能同时显示输出频率、相位控制字、频率控制字。
在利用 QuartusⅡ进行相应的设计、仿真、调试后下载到SmartSOPC实验实现 D/A转换，验证实验的准确性，并用示波器观察输出波形。
关键词：SmartSOPC实验箱 QUARTUSⅡ数字频率合成仿真AbstractThis experiment is based on QuartusⅡ，with the help of knowledge relating to the digital logic circuits and system design,to design a sine signal generator which generates any frequency by the method of DDS. This generator is provided with the functions of frequency control,phase control and switch control. Based on the basic design,I also design extra functions,including frequency measurement,changes of wave forms and dynamic display.The control circuit can be maintained time clearing and time keeping functions,and also shows the output frequency,phase control characters,frequency control word. All the designing and simulating work are based on QuartusⅡ. After all the work finished on computer, I downloaded the final circuit to SmartSOPC experiment system to realize the transformation of D/A ,and then test the accuracy of the design by means of oscilloscope observing the wave forms.Key words: SmartSOPC QUARTUSⅡ DDS Simulation目录摘要 (1)目录 (2)一、设计要求 (3)二、方案论证 (3)三、直接数字频率合成器总电路图 (4)四、各子模块设计原理及分析说明 (5)4.1、脉冲发生电路 (5)4.2、频率相位预置与调节电路 (9)4.3、累加器电路 (10)4.4、相位控制电路 (11)4.5、波形存储器ROM电路 (12)4.6、测频电路 (14)4.7、不同波形选择电路 (15)4.8、动态译码显示电路 (16)五、程序下载、仿真与调试 (17)六、实验结果 (18)七、实验总结与感想 (23)八、参考文献 (23)一、设计要求1、利用QuartusII软件和SmartSOPC实验箱实现直接数字频率合成器（DDS）的设计；2、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212×10类型；3、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；4、系统具有使能功能；5、利用实验箱上的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；6、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；7、可适当添加其他功能二、方案论证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。
直接数字频率合成器（直接数字频率合成器（DDS DDS DDS）总结）总结知识收集2008-07-2113:45:46阅读128评论0字号：大中小订阅直接合成法是用一个或多个石英晶体振荡器的振荡频率作为基准频率，由这些基准频率产生一系列的谐波，这些谐波具有与石英晶体振荡器同样的频率稳定度和准确度；然后，从这一系列的谐波中取出两个或两个以上的频率进行组合，得出这些频率的和或差，经过适当方式处理（如经过滤波）后，获得所需要的频率。
DDS 是直接数字式频率合成器（Direct Digital Synthesizer ）的英文缩写。
直接数字式频率合成器（DDS ）是从相位概念出发直接合成所需波形的一种新的频率合成技术，由相位累加器、波形ROM 、D/A 转换器和低通滤波器构成。
时钟频率给定后，输出信号的频率取决于频率控制字，频率分辨率取决于累加器位数，相位分辨率取决于ROM 的地址线位数，幅度量化噪声取决于ROM 的数据位字长和D/A 转换器位数。
结构框图如图2-1所示。
先分部分介绍其结构，后面会讲到总体原理。
相位增量（Phase Increment ）M ，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）存放正余弦数值。
DDS的工作原理：DDS的基本原理是利用采样定理，通过查表法产生波形[2]。
由于，（2-1）其中Δθ为一个采样间隔ΔT之间的相位增量，采样周期，即：（2-2）控制Δθ就可以控制不同的频率输出。
Δθ是由频率控制字M控制的，即：（2-3）所以改变M就可以得到不同的输出频率。
DDS（DirectDigitalSynthesizer）直接数字式频率合成器1. 什么叫DDS直接数字式频率器DDS（Direct Digital Synthesizer），实际上是⼀种分频器：通过编程频率控制字来分频系统（SYSM CLOCK）以产⽣所需要的频率。
DDS 有两个突出的特点，⼀⽅⾯，DDS⼯作在数字域，⼀旦更新频率控制字，输出的频率就相应改变，其跳频速率⾼；另⼀⽅⾯，由于频率控制字的宽度宽（48bit 或者更⾼），频率分辨率⾼。
2. DDS⼯作原理图1 是DDS 的内部结构图，它主要分成3 部分：相位累加器，相位幅度转换，（）。
图 1，DDS的结构（1）相位累加器⼀个正弦波，虽然它的幅度不是线性的，但是它的相位却是线性增加的。
DDS 正是利⽤了这⼀特点来产⽣正弦信号。
如图 2，根据DDS 的频率控制字的位数N，把360° 平均分成了2的N次等份。
图2，相位累加器原理假设系统时钟为Fc，输出频率为Fout。
每次转动⼀个⾓度360°/2N，则可以产⽣⼀个频率为Fc/2N的正弦波的相位递增量。
那么只要选择恰当的频率控制字M，使得 Fout / Fc= M / 2N,就可以得到所需要的输出频率Fout，Fout = Fc*M / 2N。
（2）相位幅度转换通过相位累加器，我们已经得到了合成Fout 频率所对应的相位信息，然后相位幅度转换器把0°~360°的相位转换成相应相位的幅度值。
⽐如当DDS 选择为2V p-p 的输出时，45°对应的幅度值为0.707V，这个数值以⼆进制的形式被送⼊DAC。
这个相位到幅度的转换是通过查表完成的。
（3）DAC输出代表幅度的⼆进制数字信号被送⼊DAC 中，并转换成为模拟信号输出。
注意DAC 的位数并不影响输出频率的分辨率。
输出频率的分辨率是由频率控制字的位数决定的。
直接数字式频率合成技术（DDS）是⼀种先进的全数字频率合成技术，它具有多种数字式调制能⼒（如相位调制、频率调制、幅度调制以及I/Q正交调制等），在通信、导航、雷达、电⼦战等领域获得了⼴泛的应⽤。
目录摘要 (2)1、引言 (2)2、设计任务及要求 (2)2.1 设计任务 (2)2.2 设计要求 (2)3、频率合成的基本原理框图 (2)4、硬件系统的设计 (3)4.1 原理图 (3)4.2 74HC4046 (3)4.2.1 74HC4046引脚功能介绍 (3)4.2.2 74HC4046内部电路原理图 (4)4.2.3 74HC4046典型应用 (5)4.3 CD4522引脚功能介绍 (5)4.4 CD4518引脚功能介绍 (6)4.5 1602LCD的基本参数及引脚功能 (7)5、软件系统的设计 (8)5.1 流程图 (8)5.2 程序代码 (10)6、实训小结 (16)参考文献 (17)基于单片机控制的频率合成器摘要给出一种以单片集成PLL 芯片74HC4046为核心， 并通过AT89C51 单片机对74HC4046进行控制来实现锁相频率合成器的设计方法。
文中在介绍了74HC4046芯片的内部功能结构的基础上， 探讨了锁相频率合成器的基本原理和工作特性； 给出了基于74HC4046的锁相频率合成器的硬件电路结构和软件程序设计方法。
该设计经仿真测试证明， 锁相效果良好， 结构精简， 性能可靠。
关键词： 74HC4046； AT89C51； 频率合成器1、引言在现代电子技术的设计与开发过程中，特别是在通信、雷达、航空、航天以及仪器仪表等领域， 都需要进一步提高一系列高精度、高稳定度的频率源的频率精度。
这样，一般的振荡器已经无法满足各种应用的发展要求，而晶体振荡器的性能虽然比较好， 但其频率单一， 或只能在极小的范围内进行微调。
因此， 本文提出了一种基于单片机AT89C51控制的利用锁相技术以频率合成器芯片74HC4046为核心，来实现锁相频率合成器的设计方案。
2、设计任务及要求2.1 设计任务设计一个基于单片机控制的频率合成器 2.2 设计要求1.输入信号为1KHz 的方波信号。
2.合成的频率范围为1KHz~999KHz 。
《基于FPGA的PLL+DDS的频率合成器》篇一一、引言随着通信技术的飞速发展，频率合成器作为电子系统中的关键部件，其性能和稳定性直接影响到整个系统的性能。
本文将详细介绍一种基于FPGA（现场可编程门阵列）的PLL（锁相环）+DDS（直接数字合成器）的频率合成器，并对其设计原理、实现方法及性能优势进行深入探讨。
二、PLL+DDS频率合成器的工作原理PLL+DDS频率合成器通过将PLL与DDS结合，利用两者的优势来达到高精度、高稳定性的频率输出。
PLL模块主要负责跟踪和生成参考频率，而DDS模块则能够快速生成多种频率的波形。
FPGA作为核心控制器，负责协调PLL和DDS模块的工作，实现频率的合成和输出。
三、设计实现1. 硬件设计在硬件设计方面，PLL+DDS频率合成器主要包含FPGA、PLL模块、DDS模块以及输出电路等部分。
其中，FPGA作为核心控制器，负责协调整个系统的运行。
PLL模块采用高精度的锁相环电路，以实现稳定的参考频率输出。
DDS模块则采用数字方式生成多种频率的波形。
2. 软件设计在软件设计方面，需要编写FPGA的程序代码来实现对PLL 和DDS模块的控制。
通过配置FPGA的IO口，实现对PLL和DDS模块的驱动和控制。
同时，还需要编写相应的算法程序，以实现频率的合成和输出。
四、性能优势基于FPGA的PLL+DDS频率合成器具有以下优势：1. 高精度：PLL和DDS的结合使得频率合成器具有高精度的频率输出。
2. 高稳定性：通过PLL模块的锁相环电路，可以实现稳定的参考频率输出，从而提高整个系统的稳定性。
3. 快速响应：DDS模块采用数字方式生成波形，具有快速响应的特点，可以快速调整输出频率。
4. 灵活性：FPGA的可编程性使得频率合成器具有很高的灵活性，可以方便地实现多种功能的扩展和升级。
五、应用领域基于FPGA的PLL+DDS频率合成器在通信、雷达、电子测量等领域具有广泛的应用。
例如，在通信系统中，它可以为基站提供稳定的射频信号；在雷达系统中，它可以为雷达提供精确的扫描频率；在电子测量领域，它可以用于信号源的生成和测试等。
直接数字频率合成器DDS的设计
刘玉良;刘国平;俞红杰
【期刊名称】《浙江海洋学院学报（自然科学版）》
【年(卷),期】2004(023)004
【摘要】在分析直接数字频率合成器 DDS工作原理及杂散影响的基础上,以 8031单片机和 CPLD芯片 FLEX10K为主要硬件进行设计.设计过程采取了改善杂散的措施,测试表明 DDS能产生 0～ 11MHz的正弦输出信号,频率分辨率达到 0.1Hz,满足电子系统的一般要求.
【总页数】3页(P320-322)
【作者】刘玉良;刘国平;俞红杰
【作者单位】浙江海洋学院工程学院,浙江舟山,316004;浙江海洋学院工程学院,浙江舟山,316004;浙江海洋学院工程学院,浙江舟山,316004
【正文语种】中文
【中图分类】TN742.1
【相关文献】
1.基于FPGA直接数字频率合成器DDS的设计 [J], 王静
2.直接数字频率合成器DDS的优化设计 [J], 蓝天;张金林
3.基于FPGA的DDS直接数字频率合成器设计与实现 [J], 赵翰林
4.基于FPGA的直接数字频率合成器(DDS)的设计 [J], 杨清
5.基于DSP-Builder的直接数字频率合成器(DDS)的设计 [J], 孙敦艳
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毕业设计（论文）开题报告题目基于FPGA的直接数字频率合成专业名称通信工程班级学号09042138学生姓名周忠指导教师刘敏填表日期2013 年 1 月8 日一、选题的依据及意义：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。
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（<20ns）,频率分辨率高（0.01HZ）,频率稳定度高，输出信号的频率和相位可以快速程控切换，输出相位可连续，可编程以及灵活性大等优点。
DDS技术很容易实现频率、相位和幅度的数控调制，广泛用于接收本振、信号发生器、仪器、通信系统、雷达系统等，尤其适合调频无线通信系统本课题使用可编程器件实现直接数字频率合成设计，它比传统的数字频率合成方式有着显著的优越性，与传统的频率合成器相比，DDS具有低成本、低功耗、高分辨率和快速转换时间等优点，广泛使用在电信与电子仪器领域，是实现设备全数字化的一个关键技术。
二、国内外研究概况及发展趋势（含文献综述）：直接数字频率合成(DDS)技术是第三代频率合成技术。
20世纪70年代以来，随着数字集成电路和电子技术的发展，出现了一种新的合成方法——直接数字频率合成。
它从相位的概念出发进行频率合成，采用了数字采样存储技术，具有精确的相位，频率分辨率，快速的转换时间等突出优点，是频率合成技术的新一代技术。
直接数字频率合成作为新一代数字频率技术发展迅速，并显示了很大的优越性，已经在军事和民用领域得到广泛的应用，例如在雷达（捷变频雷达、有源相控雷达、低截获概率雷达）、通信（跳频通信、扩频通信）、电子对抗（干扰和反干扰）、仪器和仪表（各种合成信号源）、任意波形发生器、产品测试、冲击和振动、医学等方面的应用。
DDS技术作为一项具有广泛前景和生命力的频率合成技术，越来越受到人们的重视。
随着微电子技术的飞速发展，国外一些大公司Qualcomm、ADI等竞相推出DDS芯片，来满足设计人员的要求。
DDS直接数字频率合成器设计实验报告学院:电子工程与光电技术学院指导老师:姜萍时间：2012年12月摘要直接数字频率合成器（Direct Digital Frequency Synthesizer 简称DDFS或DDS）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。
本实验利用QuartusII软件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，具有频率控制、相位控制、测频、显示多种波形、容量扩展等功能（包含附加功能）。
实验要求分析整个电路的工作原理，并分别说明了各子模块的设计原理，依据各模块之间的逻辑关系，将各电路整合到一块，形成一个总体电路。
之后再完成调试、仿真、编程下载的过程，并对最终结果进行分析，最后总结出在实验过程中出现的问题以及提出解决方案。
Abstract:Direct Digital Frequency Synthesizer is a technology based on fully digital technique,a frequency combination technique syntheses a required waveform from concept of phase.This experiment, using QuartusII software to design a frequency and phase all can control the sine and cosine output has direct digital frequency synthesizer with the functions of controlling frequency and phase,measuring frequency and displaying different waveforms.The paper has analyzed the principle of all work and explained the designing principle of different parts separately.we integrate the modules to forma whole circuit on the basis of the logic relation between the modules. By debugging, simulating, compiling, programming and analysis of the final results, I put forward a matter and give a settling plan.关键词：直接数字频率合成器累加控制波形Key word:Direct Digital Frequency Synthesizer accumulation control waveform目录一、设计内容 (4)二、方案论证 (4)三、设计要求 (4)3.1 基本要求 (4)3.2 提高要求 (5)四、各基本字模块功能设计 (5)4.1 脉冲发生电路 (5)4.2 频率预置与调节电路 (7)4.3 累加器 (8)4.4 波形存储器（ROM） (9)4.5 相位调节模块 (12)4.6 D/A转换器 (13)4.7 低通滤波器 (13)五、提高部分设计 (13)5.1 能输出多种波形的波形发生器 (14)5.2 波形频率控制字、相位控制字的数码管显示 (16)5.3能够同时输出正余弦或正弦与其他波形的两路正交信号 (17)5.4在数码管上显示生成的波形频率 (18)5.4.1 测评电路 (18)5.4.2 显示电路 (20)5.5 节省ROM空间 (21)六、总电路图 (23)七、正在设计但还没实现的电路 (23)7.1 AM调幅波 (23)八、实验中遇到的问题及解决办法 (26)8.1频率字与频率显示电路的计数进制不同的问题 (26)8.2频率的显示问题 (26)九、仿真下载 (26)十、实验感悟 (27)十一、鸣谢 (28)十二、示波器截图 (28)12.1五种波形图（正弦、余弦、方波、锯齿、三角） (28)12.2各种组合波 (28)12.3频率控制字改变后的波形变化 (29)12.4相位控制字改变后的波形变化 (29)12.5节省ROM空间后有四分之一周期波恢复全波形 (29)十三、参考文献 (30)一、设计内容：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）。
直接数字频率合成（DDS）的软件及硬件实现的开题报告一、研究背景直接数字频率合成（DDS）是一种广泛应用于信号处理和通信系统的技术。
它可以根据预设的数码频率生成高准确度、高稳定度的正弦波信号。
DDS可以通过数学运算来控制输出频率，并利用数字信号处理技术产生相位控制信号。
拥有数字化、可编程化等优势，能实现大范围的频率合成，并具有较高抗噪性，是应用广泛的数字信号生成技术之一。
DDS技术在信号发生器、直接数字频率合成器、调频发射机等设备中得到应用，其高准确度、高稳定度、多频段、频率精度调节、高速调制等特点，大大提高了设备的性能和精度。
因此，研究DDS技术的软硬件实现具有重要的实际意义和应用价值。
二、研究内容和目标本文主要研究DDS技术的软件及硬件实现，包括DDS基本原理、DDS的数学模型、DDS的程序实现等方面内容。
通过对DDS技术的深入研究，实现一个基于FPGA 的DDS信号发生器。
具体的研究内容包括：1. DDS技术的基本原理和数学模型。
2. DDS的程序实现，包括频率控制、相位控制、幅值控制等功能。
3. 设计基于FPGA的DDS信号发生器，实现频率、相位的控制。
4. 实验验证DDS生成信号的准确性和稳定性。
通过本文的研究和实现，旨在深入掌握DDS技术的原理、实现和应用，为DDS 技术在信号发生器、直接数字频率合成器、调频发射机等设备中的应用提供技术支撑和参考。
三、研究方法和步骤1. 研究DDS基本原理和数学模型，理解DDS工作原理、相位控制技术和幅值控制技术以及DDS频率合成的原理。
2. 研究DDS的程序实现方法，并掌握Freqduino V1.5软件的使用，利用C语言编写DDS的程序，实现DDS中的频率、相位、幅值的控制。
3. 设计DDS信号发生器的硬件模块，利用FPGA开发板，实现DDS的硬件电路设计。
4. 设计DDS信号发生器的软件模块，实现DDS的频率、相位和幅值的控制，并完成FPGA开发板与PC端的通信。
基于FGA的直接数字频率合成器的优化设计作者：彭昭胡进峰来源：《电子世界》2012年第18期【摘要】介绍了DDS的基本工作原理，针对传统DDS存在的主要问题，提出了基于流水线结构的累加器和基于波形对称的ROM优化设计，并在开发软件Quartus II上仿真，验证了优化设计的正确性。
不仅提高了系统的运算速度，而且也节省了硬件资源。
【关键词】FPGA；DDS；流水线结构；仿真1.引言随着科技的飞速发展，对信号发生器的要求越来越高，传统分立式模拟电路来难满足[1]。
直接数字频率合成法（Direct Digital Frequency Synthesis简称DDFS或DDS）具有频率稳定度高、分辨率高、切换时间短、相位变化连续、易于实现各种数字调制、集成度高等特点，能很好的满足各种需求[2]。
因此，DDS技术在通信、雷达、电子对抗、仪器测试等领域都有广泛的应用。
专用DDS 芯片在控制方式、频率控制等方面不灵活，很多时候不能满足系统的要求，利用FPGA来设计符合自己需要的DDS系统就是一个很好的解决方法。
2.DDS的工作原理DDS是利用数字相位累加产生线性变化的数字相位输出信号，通过波形数据查找表，获得对应于相位信号的数字化幅度信号，再通过数模转换器（DAC）获得模拟信号输出[3]。
一个基本的DDS系统由基准时钟fclk、相位累加器、相位/幅值查找表（ROM）、数模转换器（DAC）及低通滤波器（LPF）组成，如图1所示。
工作原理：预先在ROM中存入所需波形的幅度编码，每来一个时钟信号，N位的相位累加器将频率控制字K累加，同时累加器输出序列的高M位去寻址相位/幅值查找表，得到一系列离散的幅度编码（Y位）。
该幅码经数模转换后得到模拟的阶梯电压，再经低通滤波器平滑后，就可得到所需要的波形信号。
DDS的输出信号频率fout=K·fclk/2N，频率分辨率为Δfout=foutmin/2N，实际最高输出频率取foutmax=fclk×40%，相对带宽为foutmax/foutmin=2N×40%。
L波段直接数字式快跳频率合成器的设计与实现的开题报告一、选题背景近年来，随着无线通信系统的发展，频率合成器作为其中极为重要的一项组成部分，得到了广泛的关注和研究。
在频率合成器中，数字式频率合成技术具有广阔的应用前景，尤其是快速跳频通信系统中，数字式快速跳频频率合成技术显得尤为重要。
数字式快速跳频率合成器以其频率可编程、可控制、调谐范围大、稳定性好、抗干扰性强等优点，成为快速跳频通信系统中最主要的频率合成技术之一。
在数字式快速跳频率合成器中，以L波段（1-2GHz）为工作频段的频率合成器应用也逐渐增多。
因此，本文选取数字式快速跳频率合成器中的L波段直接数字式快速跳频率合成器为研究对象，在深入研究数字式快速跳频率合成技术的基础上，设计实现一种高精度、高性能的L波段频率合成器。
二、研究目的本文旨在通过对数字式快速跳频率合成器中的L波段直接数字式快速跳频率合成器进行深入研究和设计，实现一种具有高性能、高精度、高稳定性的L波段频率合成器。
具体包括以下几个方面：1.深入理解数字式频率合成技术的原理和实现方法，掌握数字式快速跳频率合成技术的基本原理和关键技术。
2.针对L波段直接数字式快速跳频率合成器，结合当前国内外研究成果，进行设计，研究其主要技术指标，包括：频率范围、频率步进值、相位噪声、频率稳定度等。
3.完成L波段直接数字式快速跳频率合成器的电路和PCB板的设计和制作，进行电路调试，验证设计成果的正确性和可行性。
4.对设计成果进行性能测试和分析，并对设计中存在的问题进行探讨和改进。
三、研究内容1.数字式频率合成技术的原理及其在快速跳频率合成中的应用，研究数字式快速跳频率合成器中的主要技术指标及其实现方法。
2.基于片上数字电路的L波段直接数字式快速跳频率合成器的整体架构设计。
包括：数字信号处理部分、数控振荡器（NCO）模块、锁相环（PLL）模块等电路设计。
3.设计PCB板布局和连线方案，并进行原理图和PCB板的设计和制作，包括元器件的选型和封装。
一、实验目的1. 了解频率合成的基本原理和结构。
2. 掌握频率合成器的使用方法和调试技巧。
3. 通过实验验证频率合成器的性能指标。
二、实验原理频率合成器是一种能够产生多个稳定频率信号的设备，广泛应用于通信、雷达、无线电等领域。
频率合成的基本原理是利用直接数字频率合成（DDS）技术，通过数字信号处理方法实现频率的生成和转换。
三、实验仪器1. 频率合成器2. 数字多用表（DMM）3. 示波器4. 信号发生器5. 连接线四、实验内容1. 频率合成器基本功能测试（1）观察频率合成器的面板，了解各个功能键和旋钮的作用。
（2）将频率合成器的输出端连接到数字多用表，测量输出频率。
（3）调整频率合成器的频率值，观察数字多用表的读数，验证频率合成器的输出频率。
2. 频率转换功能测试（1）将频率合成器的输出端连接到示波器，观察输出波形。
（2）调整频率合成器的频率值，观察示波器上的波形变化，验证频率转换功能。
3. 调制功能测试（1）将频率合成器的输出端连接到信号发生器，观察信号发生器的输出波形。
（2）调整频率合成器的频率值，观察信号发生器的输出波形变化，验证调制功能。
4. 调制解调功能测试（1）将频率合成器的输出端连接到信号发生器，观察信号发生器的输出波形。
（2）调整频率合成器的频率值，观察信号发生器的输出波形变化，验证调制解调功能。
五、实验结果与分析1. 频率合成器基本功能测试实验结果表明，频率合成器能够产生稳定的频率信号，输出频率与设置值一致。
2. 频率转换功能测试实验结果表明，频率合成器能够实现频率的转换，输出波形与输入波形一致。
3. 调制功能测试实验结果表明，频率合成器能够实现信号的调制，输出波形符合调制要求。
4. 调制解调功能测试实验结果表明，频率合成器能够实现信号的调制解调，输出波形符合调制解调要求。
六、实验结论通过本次实验，我们掌握了频率合成器的基本原理和使用方法，验证了频率合成器的性能指标。
频率合成器在实际应用中具有广泛的前景，为通信、雷达、无线电等领域提供了重要的技术支持。
《直接数字合成器》设计报告姓名：王静学号： 20095006 班级：微电子一班专业：微电子指导教师：杨小平、杞宁时间： 2012年7月12日星期四目录1 课程设计题目及要求 (2)2 DDS信号发生器原理…………………………………2-33基本DDS结构…………………………………………3-4 4各模块功能及介绍……………………………………4-105仿真结果 (10)6硬件调试结果及分析………………………………11-127心得与体会 (12)8 参考书目 (13)一、课程设计题目及要求课程设计题目：直接数字合成器（DDS）课程设计要求：①输入不少于8位频率控制字，不少于8位相位控制字。
②10位2进制数据输出，直接接GW-ADDA板上的D/A。
③时钟信号使用GW48－PK2上提供的信号④以正弦信号为例。
⑤撰写规范的课程设计报告，要求小四字体，内容加图片不少于8页。
二. DDS信号发生器原理对于正弦信号发生器，它的输出可以用下式来描述：其中，Sout是指该信号发生器的输出信号波形，fout只输出信号对应的频率。
上式的表述对于时间t是连续的，为了用数字逻辑实现该表达式，必须进行离散化处理，用基准时钟clk进行抽样，令正弦信号的的相位θ为在一个clk周期Ｔclk，相位θ的变化量为其中fclk指clk的频率对于2π可以理解为“满”相位，为了对Δθ进行数字量化，把2π切割成2N，用词每个clk周期的相位增量Δθ用量化值BΔθ来描述：BΔθ=（Δθ·2N）/2π，且BΔθ为整数与上式联立可得：显然，信号发生器可以描述其中θk-1指前一个clk周期的相位值，同样得出由以上推倒可以得出，只要对相位的量化值进行简单的累加运算，就可以得到正弦信号的当前相位值，而用于累加的香味增量量化值BΔθ决定了信号的输出频率fout并呈现简单的线性关系。
三、基本DDS结构直接数字合成器DDS就是根据以上原理而设计的数控频率合成器，下图为其基本DDS结构，主要有相位累加器、相位调制器、正弦ROM查找表构成图中的相位累加器、相位调制器、正弦ROM查找表是DDS结构中的数字部分，1. 相位累加器相位累加器是DDS的核心，完成相位累加的过程其输入可以称为频率字输入在输入时增加一个寄存器可以使频率字改变时不会干扰相位累加器的正常工作2. 相位调制器相位调制器接受相位累加器的相位输出，加上一个相位偏移值，可用于信号的相位调制。
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c f ，频率控制字K 为1，则DDS 输出最小频率为o f =c f /2N ；DDS 输出的最高频率由 Nyquist 采样定理决定，即c f /2（K 的最大值为2N-1）；若K 为B ，则输出频率为：o f =B ×c f / 2N 。
预习报告
直接数字频率合成器（DDS）设计
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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2.1 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2.2 累加器原理图
累加器原理图如图2.2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c f ，频率控制字K 为1，则DDS 输出最小频率为o f =c f / 2N ；DDS 输出的最高频率由 Nyquist 采样定理决定，即c f /2（K 的最大值为2N-1）；若K 为B ，则输出频率为：o f =B ×c f / 2N 。
(3)波形存储器
图2.3 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 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2.4 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。
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
t
Sin(t)
t
Sin(t)
t
Sin(t)
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：
⑴利用QuartusII软件和SmartSOPC实验箱实现DDS的设计；
⑵DDS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212×10类型；
⑶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；
⑷系统具有清零和使能的功能；
⑸利用实验箱上的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；
⑹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：
⑴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)
⑵能够同时输出正余弦两路正交信号；
⑶在数码管上显示生成的波形频率；
⑷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；
⑸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；
⑹自己添加其他功能。
