dds直接数字频率合成器电类实验报告

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。

实验八 直接数字式频率合成器（DDS ）程序设计与仿真实验1 实验目的(1) 学习利用EDA 技术和FPGA 实现直接数字频率合成器的设计。

(2) 掌握使用Quartus Ⅱ原理图输入设计程序。

2 实验仪器（1）GW48系列SOPC/EDA 实验开发系统（2）配套计算机及Quartus II 软件3 实验原理直接数字频率合成技术，即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、相位和幅度的数控调制。

传统的生成正弦波的数字是利用—片ROM 和一片DAC ，再加上地址发生计数器和寄存器即可。

在ROM 中，每个地址对应的单元中的内容(数据)都相应于正弦波的离散采样值，ROM 中必须包含完整的正弦波采样值，而且还要注意避免在按地址读取ROM 内容时可能引起的不连续点，避免量化噪音集中于基频的谐波上。

时钟频率f clk 输入地址发生计数器和寄存器，地址计数器所选中的ROM 地址的内容被锁入寄存器，寄存器的输出经DAC 恢复成连续信号，即由各个台阶重构的正弦波，若相位精度n 比较大，则重构的正弦波经适当平滑后失真很小。

当f clk 发生改变，则DAC 输出的正弦波频率就随之改变，但输出频率的改变仅决定于f clk 的改变。

为了控制输出频率更加方便，可以采用相位累加器，使输出频率正比于时钟频率和相位增量之积。

图1所示为采用了相位累加方法的直接数字合成系统，把正弦波在相位上的精度定为n 位，于是分辨率相当于1／2n 。

用时钟频率f P 依次读取数字相位圆周上各点，这里数字值作为地址，读出相应的ROM 中的值(正弦波的幅度)，然后经DAC 重构正弦波。

这里多了一个相位累加器，它的作用是在读取数字相位圆周上各点时可以每隔M 个点读一个数值，M 即力图1中的频率字。

这样，DAC 输出的正弦波频率f sin 就等于“基频” f clk 1／2n 的M 倍，即DAC 输出的正弦波的频率满足下式：)2(sin n clk f M f (1)这里，f clk 是DDS 系统的工作时钟，式(6-1-1)中的n 通常取值在24~32之间，由图1可知，相位分辨率至少是1/16777216，相当于2.146x10-5度。

直接数字频率合成器（DDS）实验报告课程名称电类综合实验实验名称直接数字频率合成器设计实验日期2015.6.1—2013.6.4学生专业测试计量技术及仪器学生学号114101002268学生姓名陈静实验室名称基础实验楼237教师姓名花汉兵成绩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。

本篇报告主要介绍设计完成直接数字频率合成器DDS的过程。

其输出频率及相位均可控制，且能输出正弦波、余弦波、方波、锯齿波等五种波形，经过转换后在示波器上显示。

经控制能够实现保持、清零功能。

除此之外，还能同时显示出频率控制字、相位控制字和输出频率的值。

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。

本实验在Quartus Ⅱ环境下进行设计，并下载到SmartSOPC实验系统中进行硬件测试。

最终对实验结果进行分析并总结出在实验过程中出现的问题以及提出解决方案。

关键词：Quartus Ⅱ直接数字频率合成器波形频率相位调节AbstractThe 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 report introduces the design to the completion of the process of direct digital frequency synthesizer DDS. The output frequency and phase can be controlled, and can output sine, cosine, triangle wave, square wave, sawtooth wave, which are displayed on the oscilloscope after conversation. Can be achieved by the control to maintain clear function. Further can simultaneously display the value of the frequency, the phase control word and the output frequency. The experimental design in the Quartus Ⅱenvironment, the last hardware test download to SmartSOPC experimental system. The final results will be analyzed, the matter will be put forward and the settling plan can be given at last.Key words:Quartus ⅡDirect Digital Frequency Synthesizer waveform Frequency and phase adjustment目录一、设计内容 (4)二、设计原理 (4)2.1 DDS概念 (4)2.2 DDS的组成及工作原理 (4)三、设计要求 (6)3.1 基本要求 (6)3.2 提高要求 (6)四、设计内容 (6)4.1 分频电路 (6)4.2 频率预置与调节电路 (10)4.3 累加器 (12)4.4 波形存储器（ROM） (13)4.5 测频电路 (19)4.6 译码显示电路 (21)4.7 消颤电路 (22)4.8 总电路 (23)五、电路调试仿真与程序下载 (24)六、示波器波形图 (25)七、实验中遇到的问题及解决方法 (25)八、电路改进 (26)九、实验感想 (28)十、参考文献 (28)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）。

DDS数字频率合成器实验报告摘要直接数字频率合成器是一种基于全数字技术，从相位出发直接合成所需波形的一种频率合成技术，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，本次实验中，利用QuartusII软件设计一个可控制频率，相位的可输出正弦和余弦的直接数字频率合成器，要求分析整个电路的工作原理，并分别说明各子模块的设计原理，整合各电路，形成总体电路。

完成调试、仿真、编程下载后，分析最终结果，总结问题并寻求解决方法关键词：直接数字频率合成器累加控制频率相位波形AbstractDirect digital frequency synthesizer is a full digital technology based on afrequency synthesis technology, the required waveform from the phase of thedirectsynthesis, has the advantages of low cost, low power consumption, high resolution and fast switching time and other advantages, is widely used in thefieldof electrical and electronic equipment,In this experiment, a design can control the frequency by using QuartusIIsoftware, the direct digital frequency synthesizer phase can output sine andcosine, the working principle of the whole circuit requirements analysis, andexplains the design principle of each module, integration of the circuit, the formationof the overall circuit. Finisheddebugging, simulation, programming,analysis result, summarizes the problems and seek solutionsKey word: Direct Digital Frequency Synthesizer accumulation control frequent phase position waveform一、实验目的：设计一个频率及相位均可控制的可输出正弦及余弦波形直接数字频率合成器二、实验原理与过程：直接数字频率合成器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。

南京理工大学电子线路课程设计直接数字频率合成器D D S(题名和副题名)(学号)指导教师姓名姜萍老师学院电子工程与光电技术学院年级2012级专业名称通信工程论文提交日期2014.12摘要直接数字信号合成器（DDS）是一种从相位概念出发直接合成所需要波形的新的频率合成技术。

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。

本文使用DDS的方法设计一个任意频率的正弦信号发生器，具有频率控制、相位控制、测频、切换波形、动态显示、使能开关以及AM调制等功能。

利用QuartusII7.0中VHDL语言完成计算机设计、仿真等工作，然后使用由Altera公司开发的Cyclone III 系列EP3C25F324C8实验箱实现电路，用示波器观察输出波形。

本文使用模块化的设计理念，将整体电路分为9个子模块设计，分别为：分频模块、频率预置与调节模块、频率累加寄存模块、相位预置与调节模块、相位累加寄存模块、sin函数波形存储模块、余弦波方波三角波锯齿波波形选择模块、测频与译码显示模块、AM调制模块。

其后，本文给出了本实验的计算机仿真图与示波器输出图，并进行结果分析。

最后在文末给出了本实验所设计的电路的使用说明书。

关键词：直接数字信号合成器、DDS、AM调制、VHDL、测频AbstractDirect digital synthesizer (DDS) is a new technology of frequency synthesis ,which comes from the concept of the phase, to directly synthetize the required waveform . Compared with the traditional frequency synthesizer, DDS has the advantages of lower cost, lower power consumption, higher resolution and faster switching time etc..DDS method is used to design a direct digital synthesizer to synthetize the sin function of any frequency in this paper, with functions of frequency control, phase control frequency measurement, waveform switching, dynamic display, switch enable and AM modulation. Using VHDL language in the QuartusII7.0, we complete the design, simulation and other works by computer, and then use the EP3C25F324C8 experimental box of Cyclone III series developed by the Altera to implement the design, and finally observe the output waveform in oscilloscope.In this paper, the modular design concept is used, and the whole circuit is divided into 9 sub module design, respectively is: frequency division module, frequency adjusting module, frequency cumulative and register module, phase presetting and adjusting module, phase cumulative and register module, sin function waveform memory module, cos wave, square wave, triangle wave, sawtooth waveform selection module, frequency measurement and decoding display module, the AM modulation module.Then, the computer simulation diagram and the output of the oscilloscope graphs of this experiment is given in this paper, followed by the results analysis. Finally, we give the experimental instructions of the circuit design at the end of the paper.Keywords: direct digital synthesizer, DDS, AM modulation, VHDL, frequency measurement目录摘要 (2)Abstract (3)1 绪论 (7)1.1 DDS的发展概况 (7)1.2 选题背景及意义 (7)1.3 课题研究现状 (8)1.4 本文主要工作 (8)2 实验平台Cyclone III EP3C25F324C5 (10)2.1 Cyclone III (10)2.1.1 Cyclone III 系列产品介绍 (10)2.1.2 Cyclone III EP3C25F324C5 开发板原理图 (11)3 DDS基本原理总电路图 (12)3.1 DDS的基本结构 (12)3.2 DDS的基本原理 (12)3.3 DDS总电路封装图 (14)3.4 本章小结 (16)4 DDS各子模块设计原理 (17)4.1 分频模块 (17)4.1.1 48分频子模块 (18)4.1.2 1000分频子模块 (19)4.1.3 0.5分频子模块 (20)4.2 频率预置与调节模块 (21)4.3 频率累加寄存模块 (22)4.3.1 12位累加器子模块 (23)4.3.2 12位寄存器子模块 (24)4.4 相位预置与调节模块 (25)4.5 相位累加与寄存模块 (25)4.5.1 12位累加器子模块 (26)4.5.2 12位寄存器子模块 (26)4.6 sin波形存储模块 (27)4.6.1 sin_rom子模块 (27)4.6.2 10位寄存器子模块 (28)4.7 余弦波、方波、三角波、锯齿波波形选择模块 (29)4.7.1 cos_rom、rect_rom、square_rom、sawtooth_rom波形存储子模块 (29)4.7.2 波形4选1输出子模块 (30)4.7.3 10位寄存器子模块 (31)4.8 测频与译码显示模块 (31)4.8.1 10进制计数器子模块 (32)4.8.2 测频子模块 (33)4.8.3 译码显示子模块 (34)4.9 AM调制模块 (36)4.9.1 载波产生子模块 (37)4.9.2 调制波乘法与加法子模块 (38)4.9.3 载波乘法子模块 (39)4.9.4 已调波与调制波二选一显示子模块 (40)5 DDS调试仿真与下载 (42)5.1 DDS仿真 (42)5.2 AM调制仿真 (43)5.3 DDS管脚设定与下载运行 (44)6 DDS示波器结果显示 (46)7 DDS使用说明书 (49)8 结论 (50)8.1 论文工作总结 (50)8.2 论文工作展望 (50)致谢 (51)参考文献 (52)1绪论1.1D DS的发展概况DDS是直接数字式频率合成器（Direct Digital Synthesizer）的英文缩写。

南京理工大学研究生电类综合实验实验报告作者: 袁一超学号：514101001333学院(系):机械工程学院专业: 航天工程题目: （DDS）直接数字频率合成器设计指导者：花汉兵姜萍2015年6月电类综合实验（实验报告）中文摘要电类综合实验（实验报告）外文摘要电类综合实验（实验报告）第I 页共II 页目次1设计内容 (1)2方案论证 (1)2.1DDS 概念 (1)2.2DDS 的组成及工作原理 (1)2.3DDS 的工作流流程图 (1)2.4DDS 的总体框图 (2)3设计要求 (3)3.1设计基本要求 (3)3.2设计提高部分要求 (3)4各基本电路子模块设计原理 (3)4.1脉冲发生电路 (3)4.1.1二分频 (4)4.1.2三分频 (4)4.1.3八分频 (4)4.1.4十分频 (5)4.1.5千分频 (5)4.1.6总脉冲电路图 (5)4.2频率和相位调节电路 (5)4.2.1设计原理 (5)4.2.2频率和相位调节电路总图 (6)4.3累加器 (8)4.3.1累加器的原理 (8)4.3.2电路 (8)4.3.3波形仿真 (9)4.4加法器 (9)4.4.1设计原理 (9)4.4.2电路图 (10)4.5波形存储器（ROM） (10)4.5.1波形存储器（ROM）的原理 (10)4.5.2存储器（ROM）的设计 (11)4.6DDS电路 (15)4.6.1设计原理 (15)4.6.2电路总图 (15)4.7测频电路 (15)4.7.1设计原理 (15)4.7.2测频电路电路图 (16)4.8动态显示电路 (17)4.8.1设计原理 (17)电类综合实验（实验报告）第II 页共II 页4.8.2电路图 (17)4.9消颤电路 (18)4.9.1设计原理 (18)4.9.2电路图 (18)5整体封装图 (18)6管脚分配仿真下载 (19)6.1管脚分配 (19)6.2仿真 (19)6.3下载 (20)结论 (21)参考文献 (22)电类综合实验（实验报告）第1 页共22 页1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）。

实验1DDS信号源实验报告
实验1: DDS信号源实验报告
实验目的：使用DDS（Direct Digital Synthesis）技术生成特定频率的信号，并通过示波器验证其输出频率和波形。

实验步骤：
1. 连接设备：将DDS信号源与示波器连接，确保连接正确。

2. 设定DDS信号源参数：打开DDS信号源，进入设置界面，设置输出频率为所需频率。

3. 设置示波器参数：打开示波器，选择合适的量程和时间基准，准备接收信号。

4. 观察信号波形：通过示波器观察信号波形，并使用频率计验证输出频率是否与设置一致。

5. 更改参数和重复步骤3和4，直到得到想要的信号波形。

实验结果：
在实验过程中，我们先设置DDS信号源的输出频率为1kHz，
并使用示波器观察信号波形。

经过验证，示波器显示的频率为
1kHz，符合预期结果。

随后，我们更改DDS信号源的输出频
率为5kHz，并再次使用示波器观察信号波形。

示波器显示的
频率为5kHz，也符合预期结果。

通过多次更改参数和重复实验步骤，我们验证了DDS信号源可以生成特定频率的信号，并且输出频率与设置一致。

同时，观察示波器显示的信号波形可以确定信号的稳定性和准确性。

实验总结：
通过这次实验，我们学会了如何使用DDS技术生成特定频率的信号，并通过示波器验证输出频率和波形。

DDS信号源具有调节方便、频率稳定、波形准确等优点，在电子实验和通信领域有着广泛应用。

在以后的实验和研究中，我们可以利用DDS技术生成不同频率和波形的信号，用于信号处理、测试和调试等应用。

DDS实验报告概要一、引言DDS是指数字直接合成（Direct Digital Synthesis），是一种通过数字信号直接产生模拟信号的技术。

DDS技术已经在许多领域得到广泛应用，尤其在频率合成和信号产生方面表现出色。

本实验旨在探究DDS技术的基本原理和实现方法，通过对DDS的实际应用进行研究和分析，进一步加深对DDS技术的理解。

二、实验原理DDS技术的核心原理是通过数字信号的加法和乘法运算生成模拟信号。

DDS系统由时钟源、频率控制器、相位累加器、正弦波表、数字模拟转换器（DAC）等组成。

时钟源提供基础时间脉冲信号，频率控制器控制相位累加器的变化速率，相位累加器计算出当前时刻的相位值，正弦波表提供相应相位值下的正弦波振幅值，DAC将数字信号转变成模拟信号输出。

三、实验过程1. 确定实验平台及环境：使用FPGA开发板进行实验，通过Verilog语言编程实现DDS系统的功能。

2.设计时钟源：根据实验要求，确定时钟源的频率并进行设置。

3.设计频率控制器：根据实验要求，设计频率控制器的逻辑电路，实现对频率的控制。

4.设计相位累加器：根据实验要求，设计相位累加器的逻辑电路，实现相位的累加。

5.设计正弦波表：根据实验要求，设计正弦波表的逻辑电路，实现对相位值的查表操作。

6.设计DAC：根据实验要求，设计DAC的逻辑电路，将数字信号转换为模拟信号输出。

7.实现可视化界面：通过使用开发板上的显示屏，实现对DDS系统输出的频率和相位的实时监测和显示。

四、实验结果与分析经过实验，验证了DDS技术的有效性和可靠性。

通过修改频率控制器的输入值，可以轻松地调整DDS系统的输出频率。

通过改变相位累加器的初始相位值，可以控制DDS系统输出信号的初始相位。

通过正弦波表的查表功能，可以准确地生成对应相位值下的正弦波信号。

五、实验总结DDS技术是一种非常重要的信号产生技术，在很多领域都有广泛应用。

本实验通过对DDS技术的研究和实践，进一步加深了对DDS技术的理解和掌握。

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。

设计要求说明一.设计内容本实验的内容是使用DDS的方法设计一个任意频率的正弦信号发生器，利用Quartus II编辑、编译、综合、适配、仿真测试等工作，并绑定管脚进行硬件测试，最后通过嵌入式逻辑分析仪观察输出信号波形，并验证波形正确以后，再接入DA进行最终模拟输出。

二.设计目的1、进一步熟悉QuartusⅡ的软件使用方法；2、熟悉利用VHDL设计数字系统并学习LPM ROM的使用方法；3、学习FPGA硬件资源的使用和控制方法；4、掌握DDS基本原理，学习利用此原理进行信号发生器的设计。

三.设计要求基本要求：1、完成8位输出数据宽度的频率可调的移相正弦信号发生器。

提高部分：2、完成8位输出数据宽度的移相三角波、方波信号发生器。

3、波形发生器实现幅度可调。

基本原理直接数字频率合成器（DDS）是通信系统中常用到的部件，利用DDS可以制成很有用的信号源。

与模拟式的频率锁相环PLL相比，它有许多优点，突出为（1）频率的切换迅速；（2）频率稳定度高。

一个直接数字频率合成器由相位累加器、波形ROM、D/A转换器和低通滤波器构成。

DDS的原理框图如下所示：图1 直接数字频率合成器原理图其中K为频率控制字，f c为时钟频率，N为相位累加器的字长，D为ROM 数据位及D/A转换器的字长。

相位累加器在时钟f c的控制下以步长K作为累加，输出N位二进制码作为波形ROM的地址，对波形ROM进行寻址，波形ROM 输出的幅码S（n）经D/A转换器变成梯形波S（t）,再经低通滤波器平滑后就可以得到合成的信号波形了。

合成的信号波形形状取决于波形ROM中存放的幅码，因此用DDS可以产生任意波形。

本设计中直接利用D/A转换器得到输出波形，省略了低通滤波器这一环节。

1、频率预置与调节电路不变量K被称为相位增量，也叫频率控制字。

DDS方程为：f0= f c K/2n,f0为输出频率，f c为时钟频率。

当K=1时，DDS输出最低频率（也既频率分辩率）为f c /2nDDS的最大输出频率由Nyguist 采样定理决定，即f c /2,也就是说K的最大值为2n-1.因此，只要N足够大，DDS可以得到很细的频率间隔。

实验1 DDS信号源实验报告学号：222012315220065 姓名：唐小彬一、实验目的1．了解DDS信号源的组成及工作原理；2．掌握DDS信号源使用方法；3．掌握DDS信号源各种输出信号的测试；4．配合示波器完成系统测试。

二、实验仪器1．DDS信号源2. 100M双踪示波器1台三、实验原理1.DDS信号产生原理直接数字频率合成(DDS—Digital Direct Frequency Synthesis)，是一种全数字化的频率合成器，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。

图2-1 DDS信号产生原理DDS信号源模块硬件上由cortex-m3内核的ARM芯片(STM32)和外围电路构成。

在该模块中，我们用到STM32芯片的一路AD采集（对应插孔调制输入）和两路DAC输出（分别对应插孔P03.P04）。

抽样脉冲形成电路（P09）信号由STM32时钟配置PWM模式输出，调幅、调频信号通过向STM32写入相应的采样点数组，由时钟触发两路DAC同步循环分别输出其已调信号与载波信号。

对于外加信号的AM调制，由STM32的AD对外加音频信号进行采样，在时钟触发下当前采样值与载波信号数组的相应值进行相应算法处理，并将该值保存输出到DAC，然后循环进行这个过程，就实现了对外部音频信号的AM调制。

实验箱的DDS信号源能够输出抽样脉冲（PWM）、正弦波、三角波、方波、扫频信号、调幅波（AM）、双边带（DSB）、调频波（FM）及对外部输入信号进行AM调制输出。

2.DDS信号源使用及信号生成表DDS信号源主要包含以下几个部分：LCD：显示输出信号的频率。

调制输入：外部调制信号输入铆孔（注意铆孔下面标注的箭头方向。

若箭头背离铆孔，说明此铆孔点为信号输出孔；若箭头指向铆孔，说明此铆孔点为信号输入孔）。

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。

实验1 DDS信号源实验报告学号：222012315220065 姓名：唐小彬一、实验目的1．了解DDS信号源的组成及工作原理；2．掌握DDS信号源使用方法；3．掌握DDS信号源各种输出信号的测试；4．配合示波器完成系统测试。

二、实验仪器1．DDS信号源2. 100M双踪示波器1台三、实验原理1.DDS信号产生原理直接数字频率合成(DDS—Digital Direct Frequency Synthesis)，是一种全数字化的频率合成器，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。

图2-1 DDS信号产生原理DDS信号源模块硬件上由cortex-m3内核的ARM芯片(STM32)和外围电路构成。

在该模块中，我们用到STM32芯片的一路AD采集（对应插孔调制输入）和两路DAC输出（分别对应插孔P03.P04）。

抽样脉冲形成电路（P09）信号由STM32时钟配置PWM模式输出，调幅、调频信号通过向STM32写入相应的采样点数组，由时钟触发两路DAC同步循环分别输出其已调信号与载波信号。

对于外加信号的AM调制，由STM32的AD对外加音频信号进行采样，在时钟触发下当前采样值与载波信号数组的相应值进行相应算法处理，并将该值保存输出到DAC，然后循环进行这个过程，就实现了对外部音频信号的AM调制。

实验箱的DDS信号源能够输出抽样脉冲（PWM）、正弦波、三角波、方波、扫频信号、调幅波（AM）、双边带（DSB）、调频波（FM）及对外部输入信号进行AM调制输出。

2.DDS信号源使用及信号生成表DDS信号源主要包含以下几个部分：LCD：显示输出信号的频率。

调制输入：外部调制信号输入铆孔（注意铆孔下面标注的箭头方向。

若箭头背离铆孔，说明此铆孔点为信号输出孔；若箭头指向铆孔，说明此铆孔点为信号输入孔）。

目录1 DDS算法原理 (1)1.1 DDS的工作原理 (1)1.2 DDS模块的输出频率 (3)1.3 存储器中读数据 (4)2 基于DDS技术的任意波形发生器 (5)3 Verilog语言实现基于DDS技术的余弦信号发生器，输出位宽16Bit (7)3.1 verilog代码 (7)3.2 ROM中加正余弦波形数值 (10)4实验中遇到的问题及解决办法 (11)基于FPGA的DDS的余弦信号设计伴随着超高速数字电路的发展以及对DDS的深入研究, DDS的高工作频率以及它的抗噪声性能已接近并达到锁相频率合成器相当的水平。

随着这种技术的发展,其将被广泛应用于电子通讯、电子雷达、卫星导航、电子对抗以及现代化的仪器仪表工业等领域。

传统直接数字频率合成器(DDS)技术,一般采用像单片机等类似的 MCU,其产生正弦信号的输出频率比较小,很难符合现代的通讯等各方面的要求。

基于FPGA的直接数字频率合成器, 相比于其它频率合成方法,具有其特定的优越性能和特点,目前它已经成为现代频率合成技术中的领先者。

其主要体现在相对带宽较宽,频率转换时间短,输出频率是数字可调的,频率分辨率高。

输出相位连续,可产生宽带正交信号及其他多种调制信号,可编程和全数字化,控制灵活方便等方面,并具有极高的性价比。

而且频率和相位可调,适用不同通讯信号占据不同的频率范围,符合现代化通讯的要求。

1 DDS算法原理1.1 DDS的工作原理DDS的工作原理为：在参考时钟的驱动下，相位累加器对频率控制字进行线性累加，得到的相位码对波形存储器寻址，使之输出相应的幅度码，经过模数转换器得到相应的阶梯波，最后在使用低通滤波对其进行平滑，得到所需频率的平滑连续的波形，其结构框图如图1.1所示。

图1.1 DDS的结构框图DDS技术是建立在采样定理的基础上的，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 系统一、实验仪器：PC 机一台，JQ-NIOS-2C35实验箱一台及辅助软件（DSP Builder 、Matlab/Simulink 、Quartus II 、Modelsim ）二、实验目的： 1. 初步了解JQ-NIOS-2C35实验箱的基本结构。

2、学习和熟悉基于DSP Builder 开发数字信号处理实验的流程。

3、理解DDS 设计的原理和方法。

三、实验原理：对于正弦信号发生器，它的输出可以用下式来描述：)t 2(Asin t Asin S out out pf ==ω （1-1）其中out S 是指该信号发生器的输出波形，out f 指输出信号对应的频率。

上式的表述对于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，令正弦信号的相位：t pf out 2=θ （1-2）在一个clk 周期内，相位θ的变化量为：clkfout f p clkT out fp ⋅=⋅⋅=∆22θ （1-3）其中clk f 指clk 的频率，对于p 2，可以理解成“满”相位。

为了对θ∆进行数字量化，把p 2切割成N 2份，由此，每个clk 周期的相位增量θ∆可用量化值θ∆B 来表示为:N2p2B ⋅∆≈∆θθ （1-4）且θ∆B 为整数。

与（1-3）式联立，可得：，clk out f f =∆N2B θclk out f f ⋅=∆N2B θ（1-5）显然，信号发生器的输出可描述为：()()⎥⎦⎤⎢⎣⎡+⋅=∆+=∆-θθθθB B p K N 122sin A Asin S 1-k out(1-6)其中，指前一个周期的相位值clk ，同样可以得出：N 1-K 2p2B 1-K ⋅≈θθ(1-7)由上面的推导可以看出，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，而用于累加的相位增量量化值θ∆B 决定了信号的输出频率out f ，并呈现简单的线性关系。

第1篇一、实验目的1. 了解数字频率合成（DDS）的基本原理和实现方法；2. 掌握基于FPGA的DDS信号发生器的搭建与调试方法；3. 通过实验验证DDS信号发生器的性能，包括频率、相位、幅度等。

二、实验原理数字频率合成（Direct Digital Synthesis，简称DDS）是一种利用数字技术实现频率合成的技术。

它将数字信号处理与模拟信号合成相结合，具有频率转换速度快、频率分辨率高、输出信号质量好等优点。

本实验采用FPGA实现DDS信号发生器，主要原理如下：1. 波形存储器：存储预先计算好的正弦波、方波、三角波等波形数据；2. 频率控制字：通过调整频率控制字，改变输出信号的频率；3. 相位累加器：根据频率控制字，累加相位值，生成波形数据的地址；4. 波形选择器：根据用户选择，从波形存储器中读取相应的波形数据；5. DAC（数模转换器）：将数字波形数据转换为模拟信号。

三、实验设备1. FPGA开发板（如Xilinx、Altera等）；2. 数字信号发生器；3. 信号分析仪；4. 电源；5. 连接线。

四、实验步骤1. 波形存储器设计：根据所需的波形类型（正弦波、方波、三角波等），计算并存储相应波形的采样点数据；2. 频率控制字设计：根据所需的频率范围和步进值，设计频率控制字生成算法；3. 相位累加器设计：根据频率控制字，设计相位累加器，实现相位累加功能；4. 波形选择器设计：根据用户输入，选择相应的波形数据；5. DAC设计：将数字波形数据转换为模拟信号；6. 硬件搭建：将上述设计模块在FPGA开发板上进行搭建；7. 软件编程：编写控制程序，实现对DDS信号发生器的频率、相位、幅度等参数的调节；8. 测试与调试：使用数字信号发生器和信号分析仪，对DDS信号发生器的性能进行测试和调试。

五、实验结果与分析1. 频率测试：调整频率控制字，观察输出信号的频率是否满足要求；2. 相位测试：调整相位累加器，观察输出信号的相位是否满足要求；3. 幅度测试：调整DAC的输出幅度，观察输出信号的幅度是否满足要求；4. 波形测试：使用信号分析仪观察输出信号的波形，验证波形是否正确。

南京理工大学直接数字频率合成器实验报告作者: 学号：学院(系):专业:指导老师：实验日期：2013年11月直接数字频率合成器（DDS）摘要本次课程设计的主要目的是学习使用FPGA设计直接数字频率合成器(DDS)。

实验的主要容是使用DDS的方法设计一个具有清零、使能频率相位控制、输出多种波形等功能任意频率的信号发生器，在设计之余，还完成了ROM空间的节省、提高等设计，并设计了一个基于DDS的AM调制电路。

利用Quartus II完成设计、仿真等工作，并下载至smart SOPC实验平台进行硬件测试，通过示波器观察输出信号波形。

实验结果与理论值相符，证明了DDS技术是一项非常实用的技术,它可以广泛应用于数字通信系统。

关键词：DDS ROM 正弦波AM调制AbstractThe main purpose of this curriculum design is encouraging us to learn to design a direct digital frequency synthesizer by using FPGA. The report mainly talks about how to design a direct digital frequency synthesizer with the function of resetting, frequency and phase controlling , multiple waves output . In addition, I also complete the design of ROM space saving ，and I design an AM modeling circuit based on DDS . The design and simulation work is completed with the help of QuartusII. The final system circuit is downloaded to the smart SOPC platform to undergo hardware test. And the output wave can be seen through oscilloscope. The experiment result is close to the theoretical result. DDS is proved to be a quite useful technology which can be widely applied in digital communication system.Keywords:Direct digital synthesizer ROM Sine wave AM module目录一、实验目的 (1)二、实验容和设计要求 (1)2.1实验容 (1)2.2设计要求 (1)三、直接频率合成器（DDS） (2)3.1实验原理 (2)3.2脉冲发生电路 (3)3.3消颤电路 (4)3.4频率和相位调节电路 (5)3.5累加器 (6)3.6波形存储器（ROM表）设计 (8)3.7测频电路 (11)3.8显示电路 (13)3.9总电路图（1） (14)四、节省ROM空间 (17)4.1设计思路 (17)4.2正弦波的计算 (18)4.3三角波计算 (20)4.4锯齿波计算 (20)4.5方波计算 (22)4.6四种计算波形合并 (22)4.7总电路图（2） (23)五、基于DDS的AM调制器的设计 (24)5.1AM调制原理 (24)5.2调制信号与载波信号的产生 (25)5.3波形存储器（ROM表）设计 (29)5.4调制度的确立 (30)5.5加法器与乘法器 (30)5.6显示电路 (30)5.7AM调制电路总图 (31)六、节省电路的改进 (32)七、实验中遇到的问题及解决办法 (33)八、实验收获和感受 (33)九、致 (34)十、参考文献 (34)十一、附录 (35)一、实验目的1.学习使用QuartusII软件做复杂逻辑电路的设计。

DDS实验报告基于MATLAB的数字频率合成DDS设计一、实验目的：1：理解数字频率合成DDS的原理。

2：掌握DDS的设计方法与理念。

3：学会用MALTLAB对DDS进行程序实现。

二、实验背景：随着技术和器件水平的提高，称之为直接数字式频率合成器（DDS）新的频率合成技术得到飞速的发展。

DDS 在相对带宽、频率转换时间、相位连续性、正交输出、高分辨力以及集成化等一系列指标方面，已远远超过了传统频率合成器所能达到的水平，完成了频率合成技术的又一次飞跃。

DDS 与传统的 DS 和 IS 一起构成了现代频率合成技术体系，将频率合成技术推向了一个新阶段。

三、实验原理：数字频率合成是从相位概念出发直接合成所需波形的一种新技术，它采用一个恒定的输入参考时钟，通过数据处理的方式产生频率、相位可调的输出信号。

DDS系统由相位累加器、波形ROM、D/A转换器和低通滤波器构成。

它具有频率分辨率高、频率切换速度快、频率切换时相位连续等优点。

DDS是继直接频率合成技术和锁相环式频率合成技术之后的第三代频率合成技术。

它的工作原理是基于相位与幅度的对应关系，通过改变频率控制字(K)来改变相位累加器(位数为N)的相位累加速度，然后在固定时钟的控制下取样，取样得到的相位值(去取相位累加器的高M位)通过相位幅度转换得到与相位值对应的幅度序列，幅度序列通过数模转换及低通滤波得到正弦波输出。

下图为DDS的原理图。

图（1）原理框图其中，K为频率控制字，c f为基准时钟频率，N为相位累加器的字长，D为ROM数据位及D/A转换器的字长。

相位累加器在基准时钟fc的控制下以步长K做累加，把相加后的结果送至相位累加器的输入断，相位累加器一方面将在上一时钟周期作用后产生的新的相位数据反馈到自身的输入端，在下一个时钟的作用下继续与频率控制数据K 相加，另一方面将这个值作为取样地址输出，送人正弦查找表ROM，作为波形ROM的地址，对波形ROM进行寻址。

西安邮电学院验证方案一、总体验证方案1.系统功能描述：8×256的单口RAM完成256个8位计数器，计数器的初值分别为0－255，时钟频率为10MHz，计数器计数频率为5/256MHz。

具体功能：RAM的每一个存储器都可以实现0-255的计数功能，并且数码管显示当前工作的寄存器中的数据。

当一个计数周期后，寄存器中的数据跳回初始状态，并且自动开始工作。

二、具体模块的验证方案1.时钟分频模块1)功能描述：该模块把系统外部输入的信号clk(10MHZ)进行二分频，输出系统时钟clk_2(5MHZ)。

代码：module div_2 (clk_2,clk,div_set);output clk_2;input div_set;input clk;reg clk_2;always @ (posedge clk or posedge div_set)beginif (div_set)clk_2<=1'b0;elseclk_2=~clk_2;endendmodule2)具体验证：i.分频控制信号（div_set=0）时输出频率（clk_2）的始终为0。

ii.分频控制信号（div_set=1）时输出信号（clk_2）与系统外部输入信号（clk）的频率满足二分频关系。

2.计数器模块1)功能描述：计数器可以实现0-255的自加功能，当一个计数周期完后，自动开始下一个计数周期。

代码：module count(in,en,clk_2,out,set);input [7:0] in;input en,clk_2,set;output out;reg [7:0] out;always @ (set)out<= in;always@(posedge clk_2)if(set)out<=8'b00000000;elseif(en)out<=out+1;elseout<=out;endmodule3.单口RAM模块1)功能描述：该RAM有256个存储器，当复位信号ram_set的电平为底时，存储器地址归零。