直接数字合成器DDS设计.docx
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直接数字合成器DDS设计
直接数字合成器（DDS）设计
----基于PIC单片机
学院：
班级：
学号：
姓名：
导师：
日期：
电子系统CAD课程设计任务书
一．设计题目
直接数字合成器（DDS）设计
二．总则
1．本课程设计可采用ARM/DSP/FPGA/PIC/51之一来实现题目中所规定的系统设计，完成软硬件设计。
若自行出题目者，必须经过审核。
2．课程设计为1人一组。
3．在19-20周完成并提交设计，通过演示和非抄袭确认后所取得的成绩为有效成绩。
4．设计过程中严禁抄袭，否则将根据情节扣减成绩直至取消成绩。
5．设计调试在分别在各个实验室进行，时间为19-20周周一至周五。
三．设计内容及要求
1.输出波形要求：
1）.在输入时钟频率为16KHz时，输出正弦波分辨率达到1Hz；
2）.在输入时钟频率为4MHz时，输出正弦波分辨率达到256Hz;
2.通过RS232C通信，实现和PC机之间串行通信，从而实现用PC机改变频率控制字，实现对输出正弦波频率的控制。
四．设计报告要求
1.画出整个系统的原理图
2.编写程序；
3.叙述各功能模块得工作原理；
4.报告中应附上仿真波形图；
5.书写报告时注意结构合理，层次分明，在分析时注意语言的流畅。
目录：
1、设计题目…………………………………………4
2、设计内容及要求…………………………………4
3、DDS电路的工作原理……………………………4
3.1.相位累加器原理…………………………………4
3.2.基于PIC的DDS实现……………………………6
4、软件设计…………………………………………7
5、测试结果…………………………………………13
6、实验心得…………………………………………14
一、设计题目：
直接数字合成器（DDS）设计
2、设计内容及要求：
1.输出波形要求：
1）.在输入时钟频率为16KHz时，输出正弦波分辨率达到1Hz；
2）.在输入时钟频率为4MHz时，输出正弦波分辨率达到256Hz;
2.通过RS232C通信，实现和PC机之间串行通信，从而实现用PC机改变频率控制字，实现对输出正弦波频率的控制。
三．DDS电路的工作原理
3.1.相位累加器原理
DDS电路的工作原理如图1所示：
其工作过程为：
①将存于数表中的数字波形，经数模转换器D/A，形成模拟量波形。
②两种方法可以改变输出信号的频率：
1）改变查表寻址的时钟CLOCK的频率，可以改变输出波形的频率。
2）改变寻址的步长来改变输出信号的频率，DDS即采用此法。
步长即为对数字波形查表的相位增量，由累加器对相位增量进行累加，累加器的值作为查表地址。
③D/A输出的阶梯形波形，经低通（或带通）滤波，成为质量符合需要的模拟波形。
该DDS系统的核心是相位累加器，它由一个加法器和一个位相位寄存器组成，每来一个时钟，相位寄存器以步长M增加，相位寄存器的输出与相位控制字相加，然后输入到正弦查询表地址上。
正弦查询表包含一个周期正弦波的数字幅度信息，每个地址对应正弦波中0~360o范围的一个相位点。
查询表把输入的地址相位信息映射成正弦波幅度的数字量信号，驱动DAC，输出模拟量。
相位寄存器每经过2N/M个fc时钟后回到初始状态，相应的正弦查询表经过一个循环回到初始位置，整个DDS系统输出一个正弦波。
输出正弦波频率为：
频率控制字与输出信号频率和参考时钟频率之间的关系为：
其中N是相位累加器的字长。
频率控制字与输出信号频率成正比，可见控制M就能得到任意频率的信号。
在图中，相位累加器输出位并不全部加到查询表，而要截断。
相位截断减小了查询表长度，但并不影响频率分辨率，对最终输出仅增加一个很小的相位噪声。
通常用频率增量来表示频率合成器的分辨率，DDS的最小分辨率为：
这个增量也就是最低的合成频率。
由取样定理，所产生的信号频率不能超过时钟频率的一半，因此最高的合成频率为：
在实际运用中，为了保证信号的输出质量，输出频率不要高于时钟频率的1/4，以避免混叠或谐波落入有用输出频带内。
正弦ROM查询表完成输出信号相位到幅度的转换，它的输入是相位寄存器和相位控制字之和，其实也就是ROM的地址值（宽度为P位）；ROM查找输出的数据（也为P位）送往D/A转换成模拟信号。
在实际应用中，P不能太大，如果P太大，会导致ROM容量的成倍上升，而输出受D/A精度的限制未有很大改善。
图2为相位累加器工作示意图，从图中可以看出，虽然相位累加器的位数为N位，但是只取高P位进行ROM查表。
3.2.基于PIC的DDS实现
图3DDS系统框图
3.2.1串行通信
通过RS232C的TXD管脚与PIC18F452的RC6/TX/CK管脚连接，实现和PC机之间的串行通信，能够用PC机改变频率控制字达到对输出正弦波频率的控制。
3.2.2、D/A转换
从数字信号到模拟信号的转换称为数－模转换，简称D/A转换。
数/模转换器DAC输入数字量是8位，图中所选电压Vref的工作范围是-2.5～+2.5V。
芯片内有一个8位输入寄存器和一个8位DAC寄存器，形成两级缓冲结构。
这样可使DAC转换输出前一个数据的同时，将下一个数据传送到8位输入寄存器，以提高数/模转换的速度。
DAC与PIC18F452的接口电路如图3所示，18F452的RD0/PSP0~RD7PSP7口直接与DAC的数字输入DI0～DI7相接。
通过该芯片将正弦查询表所得的数字信号转换成模拟信号输出。
3.3.3低通滤波器
在DAC的VOUT输出端接电阻R1和电容C1构成一个简易的低通滤波器。
由于DDS合成信号是正弦波时，D/A输出的信号中有许多不需要的寄生谱分量，只有基波分量才是所需要的，因此在D/A之后需跟一个低通滤波器,将除基波外的谐波过滤掉。
四、软件设计
上电复位后，初始化串行通讯终端；
#include
#defineucharunsignedchar
#defineuintunsignedint
ucharacc=6;
ucharucTable0[120]={
127,134,140,147,154,160,166,173,179,185,
191,196,202,207,212,217,222,226,230,234,
237,241,243,246,248,250,252,253,254,254,
255,254,254,253,252,250,248,246,243,241,
237,234,230,226,222,217,212,207,202,196,
191,185,179,173,166,160,154,147,140,134,
127,120,114,107,100,94,88,81,75,69,
63,58,52,47,42,37,32,28,24,20,
17,13,11,8,6,4,2,1,0,0,
0,0,0,1,2,4,6,8,11,13,
17,20,24,28,32,37,42,47,52,58,
63,69,75,81,88,94,100,107,114,120
};
ucharucDA[120];
floatres;
intfre;
intnum=2;
ucharsize;
uintia,ib;
staticucharrec[4],temp;
staticcharindex;
voiddelayms（unsignedintx）;
voidSetucDA（uchardatanum）
{
uchari;
uchark;
k=120/datanum;
for（i=0;iucDA[i]=ucTable0[i*k];
}
voidmain（void）
{
TRISD=0x00;
TRISCbits.TRISC6=0;
//初始化串口
INTCON=0b11000000;
//使能全局中断，使能高优先级外设中断，
PIE1bits.RCIE=1;//使能接收中断
IPR1bits.RCIP=1;//接收中断为高优先级
TXSTA=0b00100100;
//？
？
发送使能；异步；？
高速；？
？
RCSTA=0b10010000;
//使能串口，？
：
允许接收器
SPBRG=103;//9600
fre=1000;
if（fre<=240）size=120;
elseif（fre<=490）size=60;
elseif（fre<=740）size=40;
elseif（fre<=1200）size=24;
elseif（fre<=1500）size=20;
elseif（fre<=2540）size=12;
SetucDA（size）;//根据频率不同，设定不同的数据数量，频率高，数量少
res=4.0*（1000000.0/size/fre-34）;//float
ia=res/14;//取整
num=res-ia*14;//余数取整
if（res-ia*14-num>0.5）
num++;
while
（1）{
while（num==0）{
Nop（）;Nop（）;
ib=ia;
PORTD=ucDA[acc%size];
acc++;
while（ib--）{}
if（acc==120）acc=0;
}
while（num==1）{
ib=ia;
PORTD=ucDA[acc%size];
acc++;
while（ib--）{}Nop（）;
if（acc==120）acc=0;
}
while（num==2）{
ib=ia;
PORTD=ucDA[acc%size];
acc++;
while（ib--）{}Nop（）;Nop（）;
if（acc==120）acc=0;
}
while（num==3）{
ib=ia;
PORTD=ucDA[acc%size];
acc++;
while（ib--）{}Nop（）;Nop（）;Nop（）;
if（acc==120）acc=0;
}
while（num==4）{
ib=ia;
PORTD=ucDA[acc%size];
acc++;
while（ib--）{}Nop（）;Nop（）;Nop（）;Nop（）;
if（acc==120）acc=0;
}
while（num==5）{
ib=ia;
PORTD=ucDA[acc%size];
acc++;
while（ib--）{}Nop（）;Nop（）;Nop（）;Nop（）;Nop（）;
if（acc==120）acc=0;
}
while（num==6）{
ib=ia;
PORTD=ucDA[acc%size];
acc++;
while（ib--）{}Nop（）;Nop（）;Nop（）;Nop（）;Nop（）;Nop（）;
if（acc==120）acc=0;
}
while（num==7）{
ib=ia;
PORTD=ucDA[acc%size];
acc++;
while（ib--）
{}Nop（）;Nop（）;Nop（）;Nop（）;Nop（）;Nop（）;Nop（）;
if（acc==120）acc=0;
}
while（num==8）{
ib=ia;
PORTD=ucDA[acc%size];
acc++;
while（ib--）{}
Nop（）;Nop（）;Nop（）;Nop（）;Nop（）;Nop（）;Nop（）;Nop（）;
if（acc==120）acc=0;
}
while（num==9）{
ib=ia;
PORTD=ucDA[acc%size];
acc++;
while（ib--）{}
Nop（）;Nop（）;Nop（）;Nop（）;Nop（）;Nop（）;Nop（）;Nop（）;Nop（）;
if（acc==120）acc=0;
}
while（num==10）{
ib=ia;
PORTD=ucDA[acc%size];
acc++;
while（ib--）{}
Nop（）;Nop（）;Nop（）;Nop（）;Nop（）;Nop（）;Nop（）;Nop（）;Nop（）;Nop（）;
if（acc==120）acc=0;
}
while（num==11）{
ib=ia;
PORTD=ucDA[acc%size];
acc++;
while（ib--）{}
Nop（）;Nop（）;Nop（）;Nop（）;Nop（）;Nop（）;Nop（）;Nop（）;Nop（）;Nop（）;Nop（）;
if（acc==120）acc=0;
}
while（num==12）{
ib=ia;
PORTD=ucDA[acc%size];
acc++;
while（ib--）{}Nop（）;Nop（）;Nop（）;Nop（）;Nop（）;Nop
（）;Nop（）;Nop（）;Nop（）;Nop（）;Nop（）;Nop（）;
if（acc==120）acc=0;
}
while（num==13）{
ib=ia;
PORTD=ucDA[acc%size];
acc++;
while（ib--）{}
Nop（）;Nop（）;Nop（）;Nop（）;Nop（）;Nop（）;
Nop（）;Nop（）;Nop（）;Nop（）;Nop（）;Nop（）;Nop（）;
if（acc==120）acc=0;
}
while（num==14）{
ib=ia;
PORTD=ucDA[acc%size];
acc++;
while（ib--）{}
Nop（）;Nop（）;Nop（）;Nop（）;Nop（）;Nop（）;Nop（）;
Nop（）;Nop（）;Nop（）;Nop（）;Nop（）;Nop（）;Nop（）;
if（acc==120）acc=0;
}
}
}
voidInterruptHandlerHigh（void）;
#pragmacodeInterruptVectorHigh=0x08//
voidInterruptVectorHigh（void）
{
_asm
gotoInterruptHandlerHigh
_endasm
}
#pragmacode
#pragmainterruptInterruptHandlerHigh
voidInterruptHandlerHigh（void）
{
staticucharrec[4],temp;
staticcharindex;
if（PIR1bits.RCIF）
{TRISB=0x00;
PORTB=~PORTB;
temp=RCREG;
rec[index]=RCREG;
index++;
if（temp=='a'）
index=0;
if（index==4）
{
index=0;
fre=1000*（rec[0]-'0'）+100*（rec[1]-'0'）+10*（rec[2]-'0'）+
（rec[3]-'0'）;
if（fre<=1）
fre=1;
if（fre>=2500）
fre=2500;
if（fre<=240）size=120;
elseif（fre<=490）size=60;
elseif（fre<=740）size=40;
elseif（fre<=1200）size=24;
elseif（fre<=1500）size=20;
elseif（fre<=2540）size=12;
SetucDA（size）;
//根据频率不同，设定不同的数据数量，频率高，数量少
acc=0;
res=4.0*（1000000.0/size/fre-34.0）;//float
ia=res/14;//取整
num=res-ia*14;//余数取整
if（res-ia*14-num>0.5）
num++;
TXREG=fre/1000;
while（TXSTAbits.TRMT）;//判断发送移位寄存器是否为空
delayms
（2）;
TXREG=（fre/100）%10;
while（TXSTAbits.TRMT）;//判断发送移位寄存器是否为空
delayms
（2）;
TXREG=fre%100/10;
while（TXSTAbits.TRMT）;//判断发送移位寄存器是否为空
delayms
（2）;
TXREG=fre%10;
while（TXSTAbits.TRMT）;//判断发送移位寄存器是否为空
}
//PIR1bits.RCIF=0;
}
}
voiddelayms（unsignedintx）
{
unsignedinti,j;
for（i=x;i>0;i--）
for（j=150;j>0;j--）;
}
五、测试结果
在串口调试器中输入0000~2000间的任意四位数字，然后可以从示波器到正弦波波形的明显变化。
六、实验心得
。
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