DDS原理與應(yīng)用課件

DDS原理與應(yīng)用通信工程2002級(jí)李忠琦DDS原理與應(yīng)用1自我介紹通信學(xué)院2002級(jí)2005全國(guó)大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽一等獎(jiǎng)通信樓527E-Mail：StanleyLee@自我介紹通信學(xué)院2002級(jí)2電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽本科階段最艱苦，收獲最大的比賽拿獎(jiǎng)=3人能力*努力程度*意志力*團(tuán)隊(duì)意識(shí)*運(yùn)氣個(gè)人收獲=求知欲*努力程度*意志力*團(tuán)隊(duì)意識(shí)電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽本科階段最艱苦，收獲最大的比賽3DDS簡(jiǎn)介全稱DirectDigitalSynthesizer（直接數(shù)字合成），是從相位出發(fā)，直接采用數(shù)字技術(shù)產(chǎn)生波形的一種頻率合成技術(shù)。簡(jiǎn)單的說(shuō)就是直接查表得到每一點(diǎn)波形所對(duì)應(yīng)的數(shù)字值。與MatLAB的stem函數(shù)相似DDS簡(jiǎn)介全稱DirectDigitalSynthesi4MatLAB中N=[1:0.2:20]stem(N,sin(N))MatLAB中N=[1:0.2:20]5DDS與外圍系統(tǒng)虛線部分是DDS結(jié)構(gòu)內(nèi)部D/A：模數(shù)轉(zhuǎn)換器LPF：Low-PassFilter低通濾波器DDS與外圍系統(tǒng)虛線部分是DDS結(jié)構(gòu)內(nèi)部6DDS總體結(jié)構(gòu)先分部分介紹其結(jié)構(gòu)，后面會(huì)講到總體原理。DDS總體結(jié)構(gòu)先分部分介紹其結(jié)構(gòu)，后面會(huì)講到總體原理。7相位增量(PhaseIncrement)Δθ,也稱為頻率控制字，單純的無(wú)單位（不代表弧度或者角度）無(wú)符號(hào)數(shù)。相位增量(PhaseIncrement)Δθ,也稱為頻率控8相位累加器(PhaseAccumulator)由一個(gè)無(wú)符號(hào)數(shù)的加法器和一個(gè)寄存器構(gòu)成，一個(gè)時(shí)鐘周期完成一次加法運(yùn)算。相位累加器(PhaseAccumulator)由一個(gè)無(wú)符號(hào)9量化器(Quantizer)完成很簡(jiǎn)單的功能。將較高精度，較大位寬的輸入，丟棄低比特位，得到較低精度，較小位寬的輸出，直接用作后面查找表的地址。量化器(Quantizer)完成很簡(jiǎn)單的功能。將較高精度，較10正余弦查找表

(Sine/CosineLookupTable)存放正余弦數(shù)值。在單片機(jī)應(yīng)用中，可以由MatLAB產(chǎn)生，手動(dòng)寫入。在FPGA中，系統(tǒng)可自動(dòng)生成，也可手動(dòng)寫入。正余弦查找表

(Sine/CosineLookupTab11正余弦查找表

(Sine/CosineLookupTable)舉例（隨地址空間大小的不同，數(shù)值發(fā)生相應(yīng)的變化）計(jì)算公式就是Y=5000*[sin(X/16*2π)+1]00005000000169130010853600119619010010000……1100011013811110146411113087放大倍數(shù)直流偏移正余弦查找表

(Sine/CosineLookupTab12正余弦查找表

(Sine/CosineLookupTable)00005000000169130010853600119619010010000……1100011013811110146411113087正余弦查找表

(Sine/CosineLookupTab13DDS總體原理每一周期會(huì)累加上固定的相位值，然后從查找表中找到對(duì)應(yīng)的數(shù)值。DDS總體原理每一周期會(huì)累加上固定的相位值，然后從查找表中找14輸出頻率計(jì)算公式輸出頻率計(jì)算公式15輸出頻率計(jì)算舉例輸出頻率計(jì)算舉例16實(shí)際應(yīng)用中通常是知道系統(tǒng)工作時(shí)鐘，和要求生成的輸出頻率，需要計(jì)算相位增量。實(shí)際應(yīng)用中通常是知道系統(tǒng)工作時(shí)鐘，和要求生成的輸出頻率，需要17頻率分辨率公式

(FrequencyResolution)頻率分辨率公式

(FrequencyResolution)18頻率分辨率計(jì)算頻率分辨率計(jì)算19相位抖動(dòng)DDS

(PhaseDitherDDS)相位截?cái)郉DS的頻譜相位抖動(dòng)DDS

(PhaseDitherDDS)相位截20相位抖動(dòng)DDS結(jié)構(gòu)隨機(jī)抖動(dòng)序列發(fā)生器不適合電子設(shè)計(jì)比賽中使用相位抖動(dòng)DDS結(jié)構(gòu)隨機(jī)抖動(dòng)序列發(fā)生器不適合電子設(shè)計(jì)比賽中使用21相位抖動(dòng)DDS頻譜相位抖動(dòng)DDS頻譜22DDS設(shè)計(jì)擴(kuò)展生成正余弦波時(shí)，只存放1/4個(gè)周期的波形（高2比特不作為數(shù)據(jù)位，而作為波形的選擇使用），優(yōu)點(diǎn)是大大節(jié)約存儲(chǔ)空間，但會(huì)導(dǎo)致計(jì)算的時(shí)間延長(zhǎng)。使用DDS生成任意波形（三角波、方波、鋸齒波等）DDS設(shè)計(jì)擴(kuò)展生成正余弦波時(shí)，只存放1/4個(gè)周期的波形（高223D/A的使用簡(jiǎn)單介紹D/A是數(shù)模轉(zhuǎn)換器。關(guān)于它的調(diào)用，每一種具體型號(hào)有所不同。但是基本原理都是將數(shù)字信號(hào)傳送給D/A，由D/A完成轉(zhuǎn)換，輸出模擬信號(hào)。D/A的使用簡(jiǎn)單介紹D/A是數(shù)模轉(zhuǎn)換器。關(guān)于它的調(diào)用，每一種24定時(shí)器的使用簡(jiǎn)單介紹定時(shí)器中斷是單片機(jī)中各種中斷中的一種。簡(jiǎn)單的說(shuō)，定時(shí)器就是自動(dòng)在每次設(shè)置的時(shí)間到時(shí)之后執(zhí)行定時(shí)器中斷函數(shù)。定時(shí)器需要啟動(dòng)命令啟動(dòng)，并需要設(shè)置每次計(jì)時(shí)的時(shí)間。定時(shí)器的使用簡(jiǎn)單介紹定時(shí)器中斷是單片機(jī)中各種中斷中的一種。25設(shè)計(jì)實(shí)例－51單片機(jī)通過(guò)一個(gè)簡(jiǎn)單的實(shí)例來(lái)說(shuō)明設(shè)計(jì)的原理使用Atmel公司的89C51系列單片機(jī)，MSP430等單片機(jī)實(shí)現(xiàn)方法類似。目標(biāo)：采用深度為256的查找表，在10KHz的數(shù)據(jù)輸出頻率下，實(shí)現(xiàn)100Hz~1KHz的正弦波輸出。設(shè)計(jì)實(shí)例－51單片機(jī)通過(guò)一個(gè)簡(jiǎn)單的實(shí)例來(lái)說(shuō)明設(shè)計(jì)的原理26步驟1通過(guò)MATLAB建立正余弦查找表f1=fopen('d:\aaa.txt','w');fprintf(f1,'%.0f,',255.5*(sin(N/256*2*pi)+1));fclose(f1)步驟1通過(guò)MATLAB建立正余弦查找表27正余弦查找表注意最前面的”code”（51用）。MSP430使用”const”。注意：表有點(diǎn)問(wèn)題，范圍應(yīng)該是從0~256.正余弦查找表注意最前面的”code”（51用）。MSP43028步驟2計(jì)算相位增量計(jì)算出相位增量，將相位累加器清零定義幾個(gè)變量通過(guò)宏定義的方式給出數(shù)據(jù)輸出時(shí)鐘和正弦波頻率注意：上式請(qǐng)自己推導(dǎo)，與課件中公式有點(diǎn)區(qū)別．步驟2計(jì)算相位增量計(jì)算出相位增量，將相位累加器清零定義幾個(gè)變29步驟3每一次定時(shí)器中斷輸出一個(gè)值步驟3每一次定時(shí)器中斷輸出一個(gè)值30設(shè)計(jì)實(shí)例－Xilinx公司FPGA設(shè)計(jì)一個(gè)使用100MHz時(shí)鐘產(chǎn)生10MHz正弦波設(shè)計(jì)環(huán)境使用Xilinx公司的ISE7.1使用CoreGenerator生成DDS的IPCore設(shè)計(jì)實(shí)例－Xilinx公司FPGA設(shè)計(jì)一個(gè)使用100MHz時(shí)31步驟1選擇生成新的IPCore步驟1選擇生成新的IPCore32步驟2在“Communication&Networking”-“Modulation”中選中”DirectDigitalSynthesizer5.0”步驟2在“Communication&Networki33步驟3設(shè)置必要參數(shù)產(chǎn)生正弦還是余弦工作時(shí)鐘頻率頻率分辨率頻譜純凈度步驟3設(shè)置必要參數(shù)產(chǎn)生正弦還是余弦工作時(shí)鐘頻率頻率分辨率頻34步驟4設(shè)置輸出頻率輸出正余弦波頻率查找表是可寫入或系統(tǒng)自動(dòng)生成步驟4設(shè)置輸出頻率輸出正余弦波頻率查找表是可寫入或系統(tǒng)自動(dòng)35步驟5設(shè)置可選參數(shù)是否使用抖動(dòng)技術(shù)存儲(chǔ)器類型流水結(jié)構(gòu)步驟5設(shè)置可選參數(shù)是否使用抖動(dòng)技術(shù)存儲(chǔ)器類型流水結(jié)構(gòu)36步驟6給出統(tǒng)計(jì)報(bào)告步驟6給出統(tǒng)計(jì)報(bào)告37課后練習(xí)作業(yè)因?yàn)槭呛芑镜臇|西，所以請(qǐng)讓一組的所有同學(xué)都參與一下，不要一個(gè)人做完。開學(xué)后各組帶隊(duì)老師會(huì)檢查該組的完成情況。課后練習(xí)作業(yè)因?yàn)槭呛芑镜臇|西，所以請(qǐng)讓一組的所有同學(xué)都參與38題目使用51單片機(jī)（Keil環(huán)境）編寫DDS產(chǎn)生正弦波的程序（單片機(jī)工作頻率16MHz）基本要求：在10KHz的D/A數(shù)據(jù)輸出頻率下，產(chǎn)生100Hz~1KHz的正弦波輸出。要寫出完整的程序，包括定時(shí)器的初始化和調(diào)用。D/A的輸出部分不要求，可以調(diào)用函數(shù)如VoidSend_to_DA(unsignedcharsend_value)DA輸出函數(shù)體內(nèi)部不要求寫。正弦表深度為512.輸出正弦波頻率通過(guò)宏定義變量給入即可，不要求輸入的函數(shù)。題目使用51單片機(jī)（Keil環(huán)境）編寫DDS產(chǎn)生正弦波的程序39題目發(fā)展要求：1、存儲(chǔ)表只存放1/4個(gè)周期的正弦函數(shù)，完成正弦函數(shù)的輸出2、能夠同時(shí)輸出三角波和正