直接数字频率合成(DDS)方法

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。

如何进行电路的频率合成和分析电路的频率合成和分析是电子领域中的重要技术，它在通信、无线电、音频处理等领域有广泛的应用。

本文将介绍如何进行电路的频率合成和分析。

一、频率合成频率合成是指通过某种技术或装置，将多个频率的信号按照一定的规律组合成一个新的信号。

常见的频率合成方法有锁相环（PLL）和直接数字频率合成（DDS）两种。

1. 锁相环（PLL）锁相环是一种广泛应用于频率合成的技术，它通过反馈控制的方式将输入信号和参考信号的频率和相位同步。

锁相环通常由相位比较器、调频器（VCO）、低通滤波器和分频器组成。

相位比较器用于比较输入信号和参考信号的相位差，得到一个误差信号。

该误差信号被送入调频器，调频器根据误差信号来调整输出频率，使其与参考信号保持同步。

调频器的输出信号经过低通滤波器滤波后作为反馈信号送回相位比较器。

通过不断调整和反馈，最终实现了频率的合成。

2. 直接数字频率合成（DDS）直接数字频率合成是一种通过数字方式生成信号的方法。

它利用数字信号处理技术，将输入的数字相位信号转换为相应的模拟频率信号。

DDS一般由相位累加器、查找表和数字控制模块组成。

相位累加器是DDS的核心部件，它用于产生相位累加序列。

根据输入的相位控制信号，相位累加器不断累加，得到不同的相位值。

查找表将相位累加器输出的相位值映射到具体的幅度值，从而得到对应的模拟频率信号。

数字控制模块用于控制相位累加器的工作模式和频率分辨率。

二、频率分析频率分析是对信号频率成分进行分析和测量的过程。

常用的频率分析方法包括傅里叶变换和频谱分析仪。

1. 傅里叶变换傅里叶变换是一种将时域信号转换为频域信号的数学方法。

通过傅里叶变换，可以将复杂的信号分解为多个不同频率的正弦波成分。

傅里叶变换的结果是频谱，用于表示信号中各频率成分的幅度和相位信息。

2. 频谱分析仪频谱分析仪是一种专门用于测量和分析信号频谱的设备。

它通过将输入信号变换到中频范围，并采用滤波、增益和检波等技术，最终显示出信号在频率和幅度上的分布情况。

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。

DDS原理及仿真DDS（Direct Digital Synthesis）直接数字合成是一种通过数字信号处理器（DSP）或者微处理器实现频率合成的方法，它可以生成高精度、稳定和可调节的连续频率信号。

DDS技术是一种广泛应用于无线通信、雷达、测量仪器等领域的频率合成技术。

本文将详细介绍DDS的原理及仿真方法。

DDS是通过以下几个基本组成部分来实现频率合成的：1. 相位累加器（Phase Accumulator）：相位累加器是DDS的核心组件之一，它用于产生一个连续变化的相位信号。

相位累加器将一个初始相位值作为输入，并在每个时钟周期内按照设定的相位增量进行累加。

相位累加器的输出用于更新、控制数字控制振荡器（Digital Control Oscillator，DCO）的输出频率。

2. 数字控制振荡器（Digital Control Oscillator）：DCO是DDS的另一个核心组件，它根据相位累加器的输出计算并产生一个数字化的频率信号。

DCO的输出被转换成模拟信号后为DDS系统提供频率源。

3. 相位加法器（Phase Adder）：相位加法器主要用于将相位累加器输出的相位信号和相位修正信号进行相加，从而实现频率的调制或增强。

4. 数字控制字寄存器（Digital Control Word Register）：数字控制字寄存器用于存储并传输DDS的相位增量值。

通过改变相位增量值，可以调节DDS系统的输出频率。

DDS仿真方法：DDS系统的设计和验证通常需要借助仿真工具来进行，以确保系统性能和可靠性。

下面介绍一种常用的DDS仿真方法。

1. 建立模型：首先，根据DDS系统的硬件规格和设计要求，建立一个仿真模型。

这个模型可以使用MATLAB、Simulink等建模软件来搭建，通过连线、添加模块等操作来构建一个完整的DDS系统。

2.添加输入信号：为DDS系统添加一个输入信号，该输入信号包含频率、幅度等参数，代表DDS的控制信号。

/dzdgdq/jsqy/40028.shtml/view/229432.htm?fr=ala0_1/view/38405.htm?fr=ala0_1_1直接数字式频率合成器DDS2010-04-25 18:06直接数字频率合成技术（Direct DigitalFrequencySynthesis，即DDFS，一般简称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。

DDS的工作原理是以数控振荡器的方式，产生频率、相位可控制的正弦波（SineWave）。

电路一般包括基准时钟、频率累加器、相位累加器、幅度／相位转换电路、D／A转换器和低通滤波器（LPF）。

其中，频率累加器对输入信号进行累加运算，产生频率控制数据（Frequency Data或相位步进量Phase Increment）。

相位累加器由N位全加器和N位累加寄存器级联而成，对代表频率的二进制码进行累加运算，是典型的反馈电路，产生累加结果Y。

幅度／相位转换电路实质是一个波形存储器（WaveformMemory），以供查表使用。

读出的数据送入D／A转换器和低通滤波器。

具体工作过程如下：每来一个时钟脉冲Fclk，N位加法器将频率控制数据X与累加寄存器输出的累加相位数据相加，把相加后的结果Y送至累加寄存器的输入端。

累加寄存器一方面将在上一时钟周期作用后所产生的新的相位数据反馈到加法器的输入端，以使加法器在下一时钟的作用下继续与频率控制数据X相加；另一方面，将这个值作为取样地址值送入幅度／相位转换电路（即波形存储器），幅度／相位转换电路根据这个地址值输出相应的波形数据。

最后，经数／模转换（D／AConverter）和低通滤波器（LowPass Filter）将波形数据转换成所需要的模拟波形。

相位累加器在基准时钟的作用下，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，这样就完成了一个周期，这个周期也就是DDS合成信号的一个频率周期。

收稿日期:2000201210作者简介:郭刚(19562),男,河南郑州人,河南省电子规划研究院高级工程师。

文章编号:100423918(2000)022*******直接数字频率合成器(DDS )的实现方法郭　刚1,　胡新华2(1.河南省电子规划研究院,河南郑州　450008;2.郑州市乐金科技发展有限公司,河南郑州　450003)摘　要:分析了直接数字频率合成器的基本算法和误差。

研究了用可编程逻辑器件实现直接数字频率合成器的方法。

提出了工程应用中注意的问题。

关键词:直接数字频率合成器;分频器;除法器;减计数器;超前借位中图分类号:TN784 文献标识码:A在科学实验或工程应用中,我们可能会需要一个可以连续调整频率的信号源。

例如在一个步进电机控制系统中,步进电机的转速范围是0.01转/秒～几十转/秒,转速绝对误差≤0.005转/秒。

那么就需要信号源的频率能从几Hz 到10kHz 之间连续变化;并且在任意一频率点时,频率绝对误差小于0.01Hz 。

如果使用模拟锁相环的方法来实现就是非常困难的;采用直接数字频率合成器(Direct Digital Frequency Synthesis 简称DDS )技术,就可以很容易的实现上述要求。

直接数字频率合成技术是70年代发展起来,但是因为工艺和成本等原因,一直没有进入实用。

随着人们对通信技术、自动控制技术的要求越来越高,直接数字频率合成技术显示出了广阔的应用情景。

和模拟锁相环技术相比,数字直接分频技术具有信号响应速度快,相位调整方便,误差小的优点。

1　直接数字频率合成器基本原理 我们在通过数字技术得到某一目标频率f d 时,一般情况下是需要有一个基准频率源f 0,一个分频系数为m 0的分频器。

分频器的分频系数和基准频率、目标频率有如下关系:m 0=f 0÷f d (1)令人遗憾的是分频器的分频系数只能是整数,所以在一般情况下,实际分频系数m 1,并不等于需要的分频器分频系数m 0,他们有如下关系:m 1=int (m 0)≤m 0(2)因此,我们只能通过分频器得到的实际频率f d1,也就有f d1≥f d 。

摘要多功能信号发生器是信号发生器中的一种，广泛应用于电子测量、电力工程、物矿勘探、医疗、振动分析、声学分析、故障诊断及教学科研等多方面，是工程师进行产品研发和生产的必备仪器之一。

它的主要功能是为待测设备提供稳定、可靠并可以人工调节和控制的信号源。

本文采用由美国学者J.TierncyC.M.Rader和B.Gold1971年提出来的直接数字频率合成（DDS）方法，在CPLD可编程逻辑器件利用VHDL编写波形发生程序，实现多功能信号发生器。

本课题设计的多功能信号发生器利用CPLD可在线编程的特点、DDS的原理，可以实现多种频率、相位的方波、正弦波、三角波、锯齿波，甚至任意波形。

在输出端接入可编程运放后，还能实现多种幅值的波形。

关键词：多功能信号发生器 DDS 可编程逻辑器件 VHDL 数字系统设计AbstractThe multi-function signal take place the machine to is in the signal occurrence machine a kind of, being apply in the electronics to measure extensively, the electric power engineering, the thing mineral 勘 explore, medical treatment, vibration analysis, the voice learns analysis, breaks down to examine a patient and the teaching research etc. is various, is one of the essential instruments that the engineer carries on the product development and produce.Its main function is for treat to measure the equipments to provide the stability, the credibility is also can with the signal of artificial regulate and control source.The direct numerical frequency that this literary grace use to be put forward by the American scholar J.TierncyC.M.Rader and B.Gold1971 year synthesize( DDS) the method, making use of the VHDL plait to write a form occurrence procedure in the CPLD programmable logic machine piece, carrying out the multi-function signal occurrence machine.Multi-function signal the occurrence machine of this topic design make use of CPLD can on-line plait distance of principle of characteristics, DDS, can carry out various frequencies, mutually the square wave, sine wave, triangle wave, the teeth of a saw wave of, even arbitrarily a form.After exportation carry connect to go into the programmable luck to put, can still carry out a form for be worth of various. Keywords:Multi-functional signal generator DDS CPLD VHDL The design of digital system目录第一章：绪论 (4)§1.1设计要求 (4)§1.2信号发生器的发展历史 (4)§1.3我国信号发生器市场现状 (5)第二章：多功能信号发生器的设计 (6)§2.1设计指导思想 (6)§2.2信号发生器的构成 (7)§2.3波形发生设计 (8)§2.1.1方波的发生 (8)§2.1.2锯齿波的发生 (8)§2.1.3三角波的产生 (9)§2.1.4正弦波的产生 (9)§2.1.5各种波之间的切换 (10)§2.4信号仿真波形 (11)§2.5数字信号的数模转换 (12)第三章：结论 (14)§3.1多功能信号发生器的功能 (14)§3.2多功能信号发生器的改进思想 (14)第四章：谢辞 (15)第五章：参考文献 (16)第一章绪论测量仪器从宏观上可分为两大类，即激励和检测，其中激励仪器主要是各类信号发生器。