1、毕业论文文献综述 电子信息工程 信号发生器的设计方案综述 摘要： 本文首先介绍了信号发生器的背景与应用，然后提出了基于直接数字频率合成 (DDS)技术的信号发生器实现，概述了 DDS 的概念及基本结构，介绍了基于 FPGA、单片机及专用芯片的信号发生器实现方案，最后对这些方案给出笔者的评价。 关键词： DSP BUILDER ；数字移相信号发生器； DDS 1 引言 在当今社会， 信号发生器 作为电子领域中的最基本、最普通、最广泛的 仪器之一，是 工科类 电子工程师 进行 信号仿真实验的最佳工具 。而信号发生器是指能产生测试信号的仪器，它 主要用于产生被测电路所需特定参数的电测试信号。 本文设
2、计的数字移相信号发生器通过移相技术在数控、数字信号处理机、工业控翻、自动控制等各个领域得以应用 1。 2 DDS 概述 直接数字频率合成 DDS(Direct Digital Frequency Synthesizer)是一种采用数字化技术、通过控制相位的变化速度、直接产生各种不同频率信号的新型频率合成技术，标志着第三代频率合成技术的出现。它是把一系列数字量形式的信号通过数模转换器 (DAC)转换成模拟量形式的信号 2。目前使用的最广的一种 DDS方 式是利用高速存储器作查找表。然后通过高速 DAC输出已经用数字形式存入的正弦波。具有频率切换时间短，频率分辨率高，频率稳定度高。输出信号的频率和
3、相位可快速程控交换、输出相位连续、容易实现频率、相位和幅度的数控调制等优点 3。 图 1 DDS基本结构 DDS是以数控的方式产生频率、相位和幅度可以控制的正弦波，如图 1所示为基本 DDS结构，由相位累加器、相位调制器、正弦 ROM查找表、 D A构成 4。相位累加器是整个 DDS的核心，它由一个累加器和一个 N位相位寄存器组成，每来一个时钟脉冲，相位寄存器以相位步长 M增 加，相位寄存器的输出与相位控制字相加，完成相位累加运算，其结果作为正弦查找表的地址，正弦 ROM查找表内部存有一个完整周期正弦波数字幅度信息，每个查找表地址对应正弦波中 o。 360。 范围的一个相位点，查找表把输入的地
4、址信息映射成正弦波幅度信号，通过 D A输出，经低通滤波器后，即可得一纯净的正弦波。 而所谓的移相，就是指两路同频的信号，以其中的一路为参考，另一路相对于该参考作超前或滞后的移动，即称为相位的移动。两路信号的相位不同，便存在相位差，简称相差 5。两路信号的相位差用相位字来控制，只要相位字不同，就可 得到两路不同相位的移相信号。 3 基于 DDS的数字移相系统设计 3 1基于 FPGA的实现 传统使用 FPGA的数字信号处理系统的设计，首先需要用仿真软件进行建模仿真，得到预想中的仿真结果后。再根据仿真过程和结果，使用硬件描述语言创建硬件工程，最后完成硬件仿真。整个过程漫长而繁杂，尤其困难的是仿真
5、过程不够直观一旦遇到问题无法及时准确地确定问题所在。而 DSP Builder 作为一个面向 DSP 开发的系统级 (或算法级 )设计工具，它架构在多个软件工具之上，并把系统级和 RTL 级两个设计领域的设计工具连接起来，最大 程度地发挥了两种工具的优势 5。 DSP Builder 依赖于 MathWorks 公司的数学分析工具 Matlab/ Simulink ,DSP Builder 允许设计者在 Matlab 中完成算法设计 ,在 Simulink 软件中完成系统集成 ,通过 SignalCompiler 模块生成 Quart usII 软件中可以使用的硬件描述语言 (V HDL) 文
6、件 ,它提供了 QuartusII 软件和 MA TLAB/ Simulink 工具之间的接口 ,通过 DSP Builder 、 SOPC Builder 、 Quart usII 软件构筑的一套从系统算法分析到 FPGA 芯片实现的完整设计平台 6。 3 2基于单片机的实现 基于单片机的信号发生器其核心内容是单片机的主程序，主程序对整个设计起着总控作用 7。设计方案如图 2所示系统在程序控制下，先读取 P3口决定波形信号类别，然后由 Po口输出数据，经D A转换后放大、滤波输出 波形频率在线调整是通过读取 P2口上的拨码开关的编码，并根据该编码产生的数字量，在 PO口输出一个数据后立即产生
7、一个对应时长的延时时间来实现幅度调整是通过接在 DAC上的滑动变阻器来改变 D A转换的参考电压来实现 8。 图 2 系统方案 3 3基于专用芯片的实现 基于专用芯片来实现数字移相信号发生器设计，如 AD9850芯片。 AD9850是美国 AD公司生产的高集成度 DDS芯片，采用 CMOS工艺，其功耗在 3 3 V供电时仅为 155 mW，扩展工业级温度范围为 -4080，采用 28引脚的 SSOP表面封装形式 9。它主要由可编程 DDS系统、高性能模数变换器 (ADC)和高速比较器 3部分构成。 AD9850有 40位控制字， 32位用于频率控制， 1位用于电源休眠控制， 2位用于选择工作方
8、式，其中 5位用 来进行相位控制 10。 结论 基于 DSP BUILDER的数字移相信号发生器设计，系统采用了直接数字频率合成（ DDS）技术，利用 DSP BUILDER建立数字移相信号发生器的模型，并在 DSP BUILDER平台上完成仿真和编译，该系统产生的波形稳定，抗干扰能力强，频率、相位和幅度调节方便，精度高，有一定的开发及生产价值。基于 单片机编程来设计信号发生器 ,它从技术上克服了元器件分散性造成波形失真的问题。用专用芯片来实现的设计，它只需要很少外部元件就能实现波形信号且达到较高效率，易于调试，实现难度低。 参考文献： 1王志强 .数字移相信号发生器的设计研究 J.中国高新技
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