任意波形发生器ROM查找表的设计

基于DDS技术的任意波形发生器的设计1.设计思路信号发生器广泛应用于电子电路、自动控制和科学试验等领域。

是一种为电子测量和计量工作提供符合严格技术要求的电信号设备，也是应用最广泛的电子仪器之一，几乎所有的电参量的测量都需要用到信号发生器。

本设计研究的信号发生器的基本思路是：基于DDS芯片AD9850基础的任意波形发生器。

系统是基于AD9850芯片产生的波形。

它是由相位累加器、正弦查询表、D/A转换器组成的集成芯片。

其中相位累加器的位数N=32位，寻址RAM用14位，舍去18位，采用高速10位数模转换，DDS的时钟频率为125MHz，输出信号频率分辨率可达0.0291Hz；系统的微处理器采用8051，外围电路主要是接口电路、调幅电路、滤波电路和积分电路的设计。

同时还包括键盘接口。

系统的软件主要是启动和初始化8051，然后处理键盘输入的频率控制字和相位控制字，并将其转换为32位的二进制数的控制字，最后并行递交给AD9850并启动AD9850，让它实现从正弦查询表中取数产生波形再输出。

2.方案设计2.1 DDS的基本原理1971年，美国学者J. Tierncy, C. M. Rader和B. Gold提出了以全数字技术，从相位概念出发直接合成所需波形的一种新的频率合成原理。

限于当时的技术和器件水平，它的性能指标尚不能与已有的技术相比，故未受到重视。

近20年间，随着技术和器件水平的提高，一种新的频率合成技术——直接数字合成频率合成（DDS）得到了飞速的发展，它以有别于其它频率合成方法的优越性能和特点成为现代频率合成技术中的佼佼者。

DDS基本原理图如图1所示，DDS由相位累加器，只读存储器，数模转换器DAC及低通滤波器组成。

以合成正弦波为例，幅值表ROM中存有正弦波的幅值码，相位累加器在时钟f c的触发下，对频率控制字K进行累加，相位累加器输出的相位序列（即相码）作为地址去寻址ROM，得到一系列离散的幅度编码（即幅码）。

课程设计任务书学生姓名：侯康专业班级：电子科学与技术0802班指导教师：梁小宇工作单位：信息工程学院题目: 任意波形发生器的设计初始条件：本设计既可以使用集成计数器、存储器、D/A转换器、运放、555定时器、必要的门电路等；电阻、电容、二极管、开关等分立元件若干。

本设计也可以使用单片机系统构建任意波形发生器。

自行设计所需电源。

要求完成的主要任务:（包括课程设计工作量及其技术要求，以及说明书撰写等具体要求）1、课程设计工作量：1周。

2、技术要求：①可产生三种以上波形，如：三角波，方波和正弦波，由开关进行切换选择。

②波形数据存放于EPROM中。

③可通过改变CP信号的周期改变输出波形的频率，频率范围：100~9999Hz。

④产生的波形信号幅值：0.5~5V。

⑤确定设计方案，按功能模块的划分选择元、器件和中小规模集成电路，设计分电路，画出总体电路原理图，阐述基本原理。

3、查阅至少5篇参考文献。

按《武汉理工大学课程设计工作规范》要求撰写设计报告书。

全文用A4纸打印，图纸应符合绘图规范。

时间安排：1、2010 年6 月25 日集中，作课设具体实施计划与课程设计报告格式的要求说明。

2、2010 年6 月26 日，查阅相关资料，学习电路的工作原理。

2、2010 年6 月27 日至2010 年 6 月30 日，方案选择和电路设计。

2、2010 年6 月30 日至2010 年7 月1 日，电路调试和设计说明书撰写。

3、2010 年7 月2 日上交课程设计成果及报告，同时进行答辩。

课设答疑地点：鉴主13楼电子科学与技术实验室。

指导教师签名：年月日系主任（或责任教师）签名：年月日目录摘要 (I)Abstract (II)1. 绪论 (1)2.设计内容及要求 (2)2.1设计任务及目的 (2)2.1.1设计目的 (2)2.2.2 设计内容及技术要求 (2)2.2 设计思想及方案选择 (2)3.设计原理及单元模块设计 (4)3.1 设计原理及方法 (4)3.2 单元模块设计 (4)3.2.1 MCU微控制器 (4)3.2.2 LCD显示器 (5)3.3.3 键盘电路 (5)3.3.4 DDS波形产生电路 (6)3.3.5 功率放大电路 (8)4.程序设计 (8)5.总结 (9)参考文献： (10)附录I：整体电路原理图 (11)附录II：C语言源程序........................... 错误！未定义书签。

2008级计算机科学与技术专业微机接口课程设计报告2010-2011学年第一学期项目名称：任意波形发生器姓名：_ 学号：成绩：姓名：学号：成绩：指导教师：一、设计：1、设计说明：利用实验仪上的数模转换器DAC0832，将程序中的一组波形的数据转换为电压的变化曲线，并用示波器测量模数转换器的输出端,观察生成的波形2、设计目标：设计一个简易波形发生器，要求该系统能通过开关或按钮有选择性的输出正弦波、三角波、方波、及阶梯波等四种波形，并且这四种波形的频率均可通过输入电位器在一定范围内调节3、实验电路图：4、设计内容： （1）主程序（2）子程序：方波程序、正弦波程序、锯齿波、三角波、键盘扫描与处理 各模块的流程图如下：A 、 主程序和键盘扫描流程：B 、 三角波、方波、正弦波、锯齿波解析如下：三角波的产生较为简单，因为它的上升沿遵循数据加1的规律。

下降沿则按数据减1的规律产生。

所以在波形的上升沿只要判断上一次的数据是否为最大值FFH ，如果不是最大值，将原数据加1输出；而在波形的下降沿只要判断上一次数据是否为0，如果不是0，则将原数据减1即可 方波只有两个值，可以采用两个极端值0和FFH正弦波使用查表法产生查表法是事先将正弦波的数据计算出来，列表放在程序中，运行时直接调取数据锯齿波与三角波类似，只是下降时直接降至0即可。

各流程图如下：延时N主程序处理流程 键盘扫描流程二、程序模块代码： .model small .stack;***********定义8255有关参数****************** addrA EQU 200h addrB EQU 201h addrC EQU 202h CTRL EQU 203h addrDA EQU 208h;*******************定义8279有关的参数*******************方波流程三角波流程锯齿波流程Z8279 EQU 212H ; 8279的控制口地址D8279 EQU 210H ; 8279的数据口地址LEDMOD EQU 00 ;左边输入,八位显示外部译码八位显示（8279的控制字）LEDFEQ EQU 38H ;8279 扫描频率;*************以上参数写在主程序开头*****************.codestart:mov al,90h ;方式0，A口输入，B、C口输出mov dx,CTRLout dx,almov ax,csmov ds,axcall CSH8279 ;调用子程序CSH8279call SMXS ;调用子程序SMXSs:call KeyPress;调用子程序keyscanmov di,offset KeyNummov si,offset XSDATAmov al,[di] ;波形号mov [si+6],almov al,[di+1] ;暂存值mov [si],almov al,[di+2] ;幅度mov [si+3],alcall SMXSmov di,offset KeyNummov al,[di]cmp al,1jne C1call A1 ;跳转到方波jmp s ;无条件跳转sC1:cmp al,2jne C2call A2 ;跳转到锯齿波jmp sC2:cmp al,3jne C3call A3 ;跳转到三角波jmp sC3:cmp al,4jne C4call A4 ;跳转到正弦波C4:jmp smov ah,4chint 21hKeyNum DB 0,0,0 ;波形参数,第一个为波形号，第二个为暂存值,第三个为幅度参数DMBIAO DB 3FH,06H,5BH,4FH,66H,6DH,7DH,07H,7FH,6FH,77H,7CH,39H DB 5EH,79H,71H,00h ;段码表，1亮，0灭，可以根据需要再设计显示字符;段中已有的显示字符是0--F和全灭。

基于FPGA的任意波形发生器设计与研究摘要：在此基于DDS技术进行任意波形发生器的研制。

以单片机为控制核心，采用FPGA芯片EP1C3T144C8，通过使用相位累加器和波形ROM等模块实现DDS功能，可产生正弦波、方波、三角渡与锯齿波等常规波形，而且能够产生任意波形，并通过键盘一一对应波形，从而满足研究的需要。

最后给出系统产生的测试数据，并对影响频谱纯度的杂散与噪声产生的原因进行分析。

关键词：FPGA；DDS；任意波形发生器；杂散引言任意波形发生器(Arbitrary Waveform Generator，AWG)是一种多波型的信号发生器，它不仅能产生正弦波、指数波等常规波形，也可以表现出载波调制的多样化，如：产生调频、调幅、调相和脉冲调制等。

更可以通过计算机软件实现波形的编辑，从而生成用户所需要的各种任意波形。

任意波形发生器的实现方案主要有程序控制输出、DMA输出、可变时钟计数器寻址和直接数字频率合成(DDS)等多种方式。

目前任意波形发生器的研制主要基于DDS 技术，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，广泛使用在通信、测量与电子仪器领域，是设备全数字化的一个关键技术。

1 任意波形发生器的理论分析1．1 DDS技术简介DDS(Direct Digital Synthesis)的概念由美国学者J．Tierney、C．M．Rader和B．Gold 在1971年提出。

该技术是从相位的概念进行频率合成，主要优点是输出相位连续、相对带宽较大、频率分辨率很高、可编程、准确度和稳定度都比较高。

DDS技术是利用查表法来产生波形，而通过修改存储在ROM里的数据，就可以产生任意波形。

1．2 DDS基本结构DDS主要有相位累加器、ROM波形查询表、数模转换器组成。

其基本框图如图1所示。

线性数字信号通过相位累加器逐级实现，波形函数存储在ROM中，根据累加器输出的相位值作为地址，寻找存储在ROM中的波形函数的幅度量化值，完成相位到幅值的转换，输出相对应的序列。

目录1.1 DDS的基本结构 (2)1.2 DDS的工作特点 (4)1.3 DDS的技术指标 (5)1.4实现方案 (7)1．5硬件结构说明 (7)1.6设计过程 (8)1.7频率测量 (18)1.8误差与杂散分析 (19)DDS(Direct Digital Synthesis)的概念首先由美国学者J．Tierncy,C．M．Radar和B．Gold在1971年提出，但限于当时的技术和工艺水平，DDS技术仅仅限于理论研究，而没有应用到实际中去。

近20年来，随着VLSI(Very Large Scale Integration)，FPGA(Field Programmable Gates Array)以及DSP(Digital Signal Processing)的发展，这种结构独特的频率合成技术得到了飞速发展。

目前该技术已经被广泛用于接收机本振、信号发生器、通信系统、雷达系统等相关领域中。

1.1 DDS的基本结构DDS(Direct Digital Synthesis)技术设计思想是基于数值计算信号波形的抽样值来实现频率合成的。

它包括数字器件与模拟器件两部分，主要有相位累加器、ROM波形查询表、数模转换器组成。

其基本框图如下。

(1)相位累加器是DDS的核心部分。

一般是由数字全加器和数字寄存器组成，实现相位累加。

如下图所示。

一般DDS的累加器都采用二进制，线性数字信号通过相位累加器实现逐级的累加。

假设累加器字长为N，频率控制字为K，控制时钟频率为f c，系统在同一个时钟下工作，每个时钟周期加法器做一次累加计算。

因为累加器的满偏是2N，所以累加一次，相当于做一次2N模的运算。

得到的和作为相位值。

(2)波形函数存储在ROM中。

根据累加器输出的相位值，作为地址，寻找存储在ROM中的波形函数的幅度量化值，完成相位到幅值的转换，输出相对应的序列。

(3)数模转换器DAC是DDS中的重要部分。

经过查表以后得到的是离散的脉冲信号，通过数模转换器将转换成为连续平滑的信号。

任意波形发生器ＲＯＭ查找表的设计作者：徐丹旸张晓红王勇来源：《现代电子技术》2008年第11期摘要：基于直接数字合成器(DDS)技术设计的任意波形发生器中，ROM查找表是DDS模块的一个重要环节，主要用于存储系统的波形数据。

介绍使用C语言、Matlab和DSP Builder 三种方法生成正弦波、三角波、锯齿波和方波的查找表初始化波形数据，并对每一种方法的程序设计、参数设置以及波形仿真都作了详细说明，所有波形数据均在GW48-SOPC开发系统中测试通过。

关键词：直接数字合成器；查找表；任意波形发生器；DSP Builder中图分类号：TP311 文献标识码：B文章编号：1004-373X(2008)11-172-02Design of Arbitrary Waveform Generator ROM LUTXU Danyang,ZHANG Xiaohong，WANG Yong(Electronic Information Engineering College,Henan University of Science andTechnology,Luoyang,471003,China)Abstract：In the arbitrary waveform generator based on DDS,ROM LUT is an important element of the DDS module,which is used to store waveform data of the system.In the paper,using three methods,including C language,Matlab and DSP Builder,producing the arbitrary waveform initialization data of the sine wave,the triangular wave,the saw-tooth wave and the square-wave.Programming,parameter setting and waveform simulation are described to every method detailedly.All waveform data are verified by GW48-SOPC development system.Keywords：DDS;LUT;arbitrary waveform generator;DSP Builder1 引言目前，利用FPGA设计任意波形发生器是经常采用的一种方法，其核心是直接数字频率合成器(DDS)。

计算机应用基于DDS 技术的任意波形发生器设计浙江大学(杭州310027)　刘成尧　王小海　祁才君　王文华 摘　要　文章介绍了基于DDS 技术的任意波形发生器的设计。

详细讨论了CPLD 器件在DDS 技术实现中的具体应用。

该任意波形发生器具有输出频率稳定、准确,波形质量好和输出频率范围宽等优点。

关键词　直接数字频率合成　CPLD 任意波形发生器1　概述基于DDS 技术的任意波形发生器(AW G )利用高速存储器作为查找表,通过高速D/A 转换器对存储器的波形进行合成[1]。

它不仅可以产生正弦波、方波、三角波和锯齿波等规则波形,而且还可以通过上位机(或下位机)编辑,产生真正意义上的任意波形。

例如,它能模拟编码雷达信号、潜水艇特征信号、磁盘数据信号、机械振动瞬变过程、电视信号以及神经脉冲之类的波形,也能重演由数字示波器(DSO )捕获的波形。

DDS 技术的实现依赖于高速、高性能的数字器件。

可编程逻辑(CPLD )器件以其速度高、规模大、可编程,以及有强大EDA 软件支持等特性,十分适合实现DDS 技术。

本文中即将讨论的是EPF6016A 器件在DDS 技术实现任意波形发生器中的具体应用。

2　DDS 实现任意波形发生器的原理DDS 技术建立在采样定理的基础上,它首先对需要产生的波形进行采样,将采样值数字化后存入存储器作为查找表,然后再通过查表将数据读出,经过D/A 转换器转换成模拟量,把存入的波形重新合成出来。

DDS 原理如图1所示。

图1　DDS 的原理框图 利用上位机生成所需波形的数据,然后通过单片机将生成的数据写入波形存储器(RAM )中,再由DDS 系统将波形合成出来,这样就可以产生出所需的任意波形。

DDS 系统任意波产生的原理图如图2所示。

图2　DDS 系统任意波形的产生3　CPLD 在DDS 技术实现中的应用FL EX6016芯片的主要结构包括132个逻辑阵列块(logic array block )、快速通道(fast track )和I/O单元[2]。

任意波形发生器设计一、设计目标和需求分析在进行任意波形发生器设计之前，首先需要明确设计目标和需求。

根据实际应用需求，我们需要设计一种具有以下特点的任意波形发生器：1.多种波形形状：能够产生包括正弦波、方波、三角波、锯齿波等多种波形形状的输出信号。

2.高精度输出：能够提供稳定、精确的波形输出，满足对波形频率、幅度、相位等参数的要求。

3.宽频率范围：能够在较宽的频率范围内产生波形信号，适应不同应用场景的需求。

4.灵活性和操作便捷：具备灵活的参数调节和操作界面，方便用户配置所需波形信号。

二、电路设计和构成基于以上需求，我们可以采用数字/模拟混合电路来设计任意波形发生器。

整体电路结构包括信号发生器、波形调节电路、滤波器、放大器和输出接口等几大部分。

1.信号发生器：信号发生器是生成基本信号的核心部分。

可以采用数字逻辑电路，通过编程控制产生不同形状的基本波形，例如正弦波、方波、三角波、锯齿波等。

可以使用存储器来存储基本波形的采样点，并通过数字模拟转换器（DAC）将数字信号转换为模拟信号。

2.波形调节电路：波形调节电路用于调整波形的频率、幅度和相位等参数。

通过调整振荡电路中的电阻、电容或电感等元件，实现对基本波形的变换和调节。

可以设计多种电路模块来完成这一任务，例如可变电容二极管电路、可调电阻电路等。

3.滤波器：滤波器用于对产生的波形信号进行滤波处理，除去高频或低频的杂散分量，保留所需频率范围内的信号。

可以采用各种类型的滤波器电路，例如RC滤波器、有源滤波器或数字滤波器等。

4.放大器：放大器用于增强波形信号的幅度，确保输出的信号具备足够的驱动能力，可以驱动接收端电路。

可以采用运放等放大电路，根据需要选择合适的增益。

5.输出接口：输出接口用于将产生的波形信号输出给外部设备。

可以设计多种类型的输出接口，例如模拟输出接口（BNC接口）、数字输出接口（USB接口）等，方便用户接入不同类型的设备。

三、实现方法和关键技术在设计任意波形发生器时，需要考虑以下关键技术和实现方法：1.数字信号处理技术：通过数字信号处理技术，实现对基本波形的生成、存储和输出。

深圳大学实验报告课程名称：Verilog数字系统设计教程实验工程名称：频率可变任意波形发生器的设计学院：电子科学与技术专业：微电子指导教师：刘春平报告人：潘志钟学号： 2007160051班级： 07级微电1班实验时间：2009-12-8 ~ 2010-1-11实验报告提交时间：2010-1-4教务处制（·····这里可加前言摘要之类的东西····自己想来写···）1设计原理DDS 是一种把数字信号通过数/模转换器转换成模拟信号的合成技术。

直接数字频率合成技术(DDS )是一种以采样定理为基础的全数字化频率合成波形的方法。

DDS 频率合成器主要由频率寄存器、相位寄存器(需要时可加入)、相位累加器、波形存储表(ROM ),DAC 转换器和模拟低通滤波器(LPF )等组成。

在系统时钟(SYSCLK )输入一定的情况下,频率寄存器中的频率控制字决定系统输出频率,而相位累加器的位数决定了系统频率分辨率。

总体设计方案及其原理说明：图 1-1 系统总体设计方案相位累加器由N 位加法器和N 位累加寄存器级联而成。

每当系统时钟SYSCLK 产生一个上升沿,N位加法器将频率寄存器中的频率控制字(FREQDAT A)与上一个系统时钟累加寄存器输出的累加相位数据相加,相加后的结果送累加寄存器。

这样在系统时钟的作用下,不断对频率控制字进行线性相位累加,相位累加器的溢出率就是DDS任意波形发生器的输出频率。

2设计与实现实际上DDS就是通过改变地址增量来达到控制输出频率的目的,而波形存储器(ROM)是以相位为地址,存有一个或多个按相位划分幅值的波形幅度信息。

参考频率f_clk为整个合成器的工作频率,输入的频率字保存在频率寄存器中,经Ｎ位相位累加器,累加一次,相位步进增加,经过内部ROM波形表得到相应的幅度值,经过D/A转换和低通滤波器得到合成的波形（数模转换在这里不作要求）。