基于单片机与FPGA的直接频率数字合成器的设计方案.doc
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1、基于单片机与FPGA的直接频率数字合成器的设计方案1.引言随着电子技术的发展,在现代电子产品的故障检测中,往往需要频率和幅度都能自动调节的正弦信号源,并且要求该信号源产生的信号频率稳定性好,转换速度快,具有调频、调幅和调相的功能。本文结合实际需要,提出一种基于单片机和FPGA的直接频率数字合成器的设计方案,能够产生两路频率和相位均可调的正弦波信号,达到了预定的要求。2.系统方案设计2.1 系统的性能分析系统主要由单片机最小系统、存储器电路、FPGA模块、键盘与显示接口电路、D/A转换电路、低通滤波电路组成,其硬件框图如图1所示。通过键盘输入频率控制字、相位控制字和幅值控制字,单片机最小系统控制
2、FPGA模块产生用户需要的正弦波信号,再经过DA转换,最后通过低通滤波器生成平滑的正弦波信号。系统的性能要求:频率范围20Hz20KHZ,步进20Hz;差0o359o,步进1o;两路输出正弦波信号,峰峰值分别在0.3V5V变化;数字显示频率、相位差。2.2 系统实现的原理2.2.1 DDS的基本原理直接数字频率合成器(DDFS)的基本原理:DDS是利用采样定理,根据相位间隔对正弦信号进行取样、量化、编码,然后储存在EPROM中构成一个正弦查询表,通过查表法产生波形。它是由参考时钟、相位累加器、正弦查询表和D/A转换器组成,如图2所示。相位累加器由N位加法器与N位累加寄存器级联构成,其原理框图如
3、图3所示。每来一个时钟脉冲Fc,N位加法器将频率控制数据K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K相加;另一方面以相加后的结果形成正弦查询表的地址,取出表中与该相位对应的单元中的幅度量化正弦函数值,作为取样地址值送入幅度/相位转换电路。这样就可把存储在波形存储器内的波形抽样值(二进制编码)经查找表查出,完成相位到幅值转换。波形存储器的输出送到D/A转换器,D/A转换器将数字量形式的波形幅值转换成所要求合成频率的模拟量形式信号。相位累
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