1、 电子技术电子技术 设计说明书 题目：题目： DDS 信号信号源的源的设计设计 1 目目 录录 1 选题背景 2 1.1 背景 2 1.2 设计任务 2 2 方案论证 2 2.1 可选方案 2 2.2 方案比较 3 3 设计过程 3 3.1 DDS 的基本原理 . 3 3.2 基本参数确定 4 3.3 器件选择 4 4 各单元电路及其工作原理 4 4.1 频率控制字产生电路 . 4 4.2 相位累加及锁存电路 . 5 4.3 正弦函数表 6 4.4 D/A 转换电路. 7 4.5 低通滤波电路 8 4.6 555 脉冲产生电路 . 8 4.7 消抖电路 9 4.8 电源滤波 9 5 总原理图
2、10 6 元器件清单 11 7 结果分析 11 8 存在的问题及改进意见 12 9 总结 12 参考文献 14 2 1 1 选题背景选题背景 1.1 背景背景 在电子技术日新月异的形势下，信息技术随之迅猛发展。信息是存在于客观世界 的一种事物现象，人们正是通过信息的获取、存储、传输和处理等来不断认识和改造 世界的。而信号作为信息的载体，是指带有信息的随时间或其他自变量变化的物理量 或物理现象，信号时使用极为广泛的基本概念，无论是在自然科学领域，还是在社会 科学领域都存在大量的应用研究问题。 直接数字频率合成（Direct Digital Synthesizer，简称：DDS）技术是一种新 的全
3、数字的频率合成原理，它从相位的角度出发直接合成所需波形。这种技术由美国 学者 J.Tiercy,M.Rader 和 B.Gold 于 1971 年首次提出，但限于当时的技术和工艺水 平，DDS 技术仅仅在理论上进行了一些探讨，而没有应用到实际中去。近 30 年来， 随着超大规模集成（Very Large Scale Integration,简称：VLSI）、复杂可编程逻 辑器件 （Complex Programmable Logic Device,简称： CPLD） 、 现场可编程门阵列 （Field Programmable Gate Array，简称：FPGA）等技术的出现以及对 DDS
4、理论的进一步探 讨，使得 DDS 得到了飞速的发展。由于其具有频率转换快、分辨率高、频率合成范围 宽、相位噪声低且相位可控制的优点，因此，DDS 技术常用于产生频率快、转换速度 快、分辨率高、相位可控的信号，广泛应用于电子测量、调频通信、电子对抗等领域。 近年来，已有 DDS 技术的波形发生器陆续被研制、生产和投入应用。 1.2 设计任务设计任务 设计一个简单的 DDS 正弦波信号发生器，有频率增（UP）和频率减（DOWN）两个 键，按 UP 时频率步进增加，按 DOWN 时频率频率步进减小。具体要求如下： 输出信号的频率范围为 100Hz1500Hz，步进为 100Hz。 要求输出信号无明显
5、失真。 发挥部分： 可输出矩形波和三角波； 进一步扩大输出信号范围或减小步进频率。 2 2 方案论证方案论证 2.1 可选可选方案方案 方案一：直接模拟合成法。 直接模拟合成法利用倍频（乘法）、分频（除法）、混频（加法与减法）滤波， 从单一或几个参数频率中产生多个所需的频率。该方法频率转换时间快（小于 100ns），但是体积大、功耗大。 方案二：基于单片机完成设计 3 频率控制字 相位寄存器 正弦 查询表 DAC LPF 时钟 fc 利用单片机的课编程输出，再配以相应的外设电路即可实现理想波形的输出。 2.2 方案比较方案比较 方案一：采用传统的硬件电路组合实现，锻炼学生对数模电知识的掌握能力
6、，学 以致用。但是其可靠性差、灵活性小、线路复杂。 方案二：采用 89C51 单片机为核心实现，单片机处理速度使 DDS 的频率范围非常 有限，加上单片机本身端口较少，对于一个外部频率选择键盘输入、ROM 地址查表输 出以及 LED 数码管显示的系统来说，端口资源变得非常紧张。且现在对单片机知识掌 握的不是很好。 考虑到这次课程设计也是对所学数模电知识及实际动手能力结合的一次考验， 且 时间充足，题目要求较简单，所以选择方案二。 3 3 设计过程设计过程 3.1 DDS 的基本原理的基本原理 DDS 的原理框图如图 3-1 所示。图中相位累加器可在每一个时钟周期来临时将频 率控制字（TUNING WORD）所决定的相位增量 M 累加一次，如果记数大于，则自动溢 出，而只保留后面的 N 位数字于累加器中。正弦查询表 ROM 用于实现从相位累加器输 出的相位值到正弦幅度值的转换， 然后送到 DAC 中将正弦幅度值的数字量转变为模拟 量，最后通过滤波器输出一个很纯净的正弦波信号。基本原理如图 3-1： 由于相位累加器是 N 比特的模 2 加法器， 正弦查询表 ROM 中存
