基于fpga的dds信號發生器的研究本科畢業論文-資料下載頁

　　

【正文】 0~9999999Hz。為了操作方便，允許輸入給定頻率的位數在1~7位之間，用Hz鍵結束。對于DDS信號發生器來說，鍵盤主要用于選擇信號波形、輸入頻率值、控制輸出信號的幅值和直流偏移量。由于按鍵數量比較多，鍵盤采用4X4矩陣式鍵盤。鍵盤各按鍵的定義如圖46所示。0鍵~9鍵用于輸入頻率，期中0鍵~3鍵還用于選擇輸出波形；Hz鍵用于輸入給定頻率的確認鍵；波形選擇鍵用于選擇波形；A+鍵用于增加信號幅值，A鍵用于減少信號幅值，D+鍵用于增加直流偏移量，D鍵用于減少直流偏移量。頁面1 頁面2 頁面3 圖45 頁面1~頁面3示意圖 圖46 DDS信號發生器鍵盤定義 主程序DDS信號發生器的控制程序可分為主程序和鍵盤中斷服務程序兩部分。在確定主程序和鍵盤中斷服務程序的功能時有兩種方案：一種方案是主程序只完成初始化，將鍵盤讀入和處理全部由鍵盤中斷服務程序完成；另一種方案是主程序完成初始化和鍵值處理功能，而鍵盤中斷服務程序只完成鍵值讀入。由于鍵值處理程序設計數值運算、LCD模塊的顯示，將這些耗時的鍵值處理程序放入中斷服務程序不符合程序設計的一般原則，因此，選用第二種方案。主程序首先完成堆棧指針設置，C8051F360內部資源初始化，LCD模塊初始化。初始化完成以后就不斷檢測有無按鍵鍵入，當有按鍵鍵入時，根據鍵值執行相應的功能。由于0~2鍵不但用于輸入給定頻率，而且用來選擇輸出波形。為了區分0鍵~2鍵的不同功能，在主程序中定義了兩種工作模式：波形選擇模式和頻率輸入模式。在波形選擇模式下，0~2鍵用于選擇輸出波形。當0鍵有效時，選擇正弦波，單片機將256個字節正弦波波形數據發送到FPGA的雙口RAM中；當1鍵有效時，選擇方波，單片機將256個方波波形數據發送到FPGA中的雙口RAM中；當2鍵有顯示，選擇三角波，單片機將256個字節三角波數據發送到FPGA的雙口RAM中。在頻率輸入模式下，0鍵到9鍵用于輸入給定的頻率值。定義了以上兩種工作模式以后，在主程序中分別設置一個波形選擇模式標志和一個頻率輸入模式標志位。主程序初始化時，將波形選擇模式和頻率輸入模式標志位均清零。當波形選擇鍵有效時，波形選擇模式標志位置1，主程序進入波形選擇模式；在波形選擇模式下，按0鍵~2鍵有效，頻率輸入模式標志位置1，主程序進入頻率輸入模式。由于輸入給定頻率的位數允許在1~7位變化，程序設計師通過Hz鍵來結束給定頻率的輸入，因此Hz鍵不但用來顯示頻率的單位，也能起到確認鍵的功能。當Hz鍵有效時，程序將輸入的1~7位給定頻率值轉化為4字節頻率控制字，然后發送到FPGA的頻率控制字接收模塊。由于鍵盤輸入的給定頻率值為非壓縮型BCD碼，應先將其轉化為二進制數，再根據公式（25）將給定頻率值轉化成為4字節的頻率控制字。當相位累加器字寬N取32，參考時鐘頻率fclk取40MHz時，頻率控制字可以由以下公式計算得到： （44）式子中fout為由二進制數表示的給定頻率，就可以得到4字節的頻率控制字。單片機系統主程序見附件。主程序流程圖如圖47所示。圖47 系統主程序流程圖 本章小結本章主要介紹了DDS信號發生器的實現過程，開頭部分講述了包括DDS信號發生器的原理圖，材料選擇的比較以及重點模塊的介紹。后面一部分主要講述單片機控制軟件的設計，包括人機接口的定義、主程序的實現以及整個流程圖。第5章 系統測試將FPGA內部的完整設計（地址譯碼器、編碼式鍵盤接口、LCD接口、DDS子系統）通過USBBlaster下載電纜下載到FPGA之中。單片機子系統通過適配器與PC機相連 單片機控制軟件調試步驟步驟一：測試顯示和鍵盤程序功能。程序運行時顯示圖45中的頁面1。按波形選擇鍵，應顯示圖45中的頁面2。步驟二：通過鍵盤輸入給定頻率，用示波器觀測告訴D/A輸出波形，波形顯示是否正常，頻率是否正確。如果波形顯示不正常，重點檢查單片機中波形傳送子程序和FPGA內部雙口RAM的時序是否正確。如果波形顯示正常，但是輸出頻率和給定頻率誤差較大，重點檢查 單片機中頻率字傳送子程序和FPGA內部頻率字寄存器邏輯電路有無錯誤。調試時，可將FPGA內部的一些關鍵信號鎖定到未用到的I/O引腳上，以便測試。步驟三：按A+鍵和A鍵，用示波器觀測C8051F360單片機D/A轉換器模擬輸出引腳電平是否變化，模擬放大電路輸出信號的幅值有無變化。步驟四：按D+鍵和D鍵，用示波器觀察數控電位器的第5腳電平是否變化，模擬放大電路輸出信號的直流偏置有無變化[13]。 系統主要功能指標測試用存儲示波器測量反相放大器模擬輸出端的正弦波信號、方波信號、三角波信號，測試頻率為100KHz時候輸出結果如圖5圖52和圖53所示。 圖51 正弦波輸出波形圖52 方波輸出波形圖53 三角波輸出波形用鍵盤輸入頻率值，測試輸出信號的頻率值。表51所示為DDS信號發生器實測頻率與給定頻率對照表。表51 實測頻率與給定頻率對照表給定頻率/Hz實測頻率/Hz正弦波方波三角波101001k10k100k500k800k1M3M5M 本章小結本章第一步分主要介紹了系統測試的一些基本原來與方法。第二部分則是對本系統進行測試，主要觀察了輸出波形是否與所選波形對應，以及輸出頻率與給定頻率是否接近。該DDS信號發生器由于其設計穩定性，電路合理性，基本完成設計要求指標。第6章 總結本文結合DDS波形發生器的設計和實現，從理論和實際兩個方面，對數字直接頻率合成技術進行了研究。經過研究，完成了預定的設計任務，在對DDS波形發生器的研究中，完成了軟件程序的設計包括單片機主程序以及初始化程序的設計；分析了頻率合成技術的基本問題，并重點介紹了直接數字頻率合成技術；研究了基于DDS原理利用FPGA的具體實現波形發生器的設計方法，完成了DDS頂層原理圖的設計。本設計完成了預定的所有功能，但由于時間倉促，本設計還有許多需要完善和改進的地方。本設計中能方便用戶控制的波形種類有限，對于任意波形的輸入控制，可利用現有的FPGA中的ROM資源來存儲波形周期數據，另外還可利用內部資源來創建RAM來存儲波形,，并且借助編程語言編寫軟件，來實現任意波形的周期數據送入FPGA。此外，系統未能實現對信號幅值和直流偏移量得可數控調節，這也是設計的不足之處。所以，本設計的各項功能指標還有待完善。