正弦信号发生器Word格式.docx

正弦信号发生器Word格式.docx

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ROM存放波形数据,有8位输出数据线,10位输入地址线。

ROM表的两个8位输出口,可以分别与两个高速D/A的8个输入端连接（本设计中采用D/AC0800）,输出参考信号和可移相波形信号。

DDS数字电路部分完全集成在Alter公司的cycloneII系列FPGA中，利用FPGA丰富的逻辑资源来实现，通过键盘控制单片机向FPGA输入幅度控制值来调整幅度，显示部分由单片机来实现。

系统引入模块化的思想，采用自底向上的设计思路，将软件开发与硬件开发相结合。

整个系统可以分为四部分：

FPGA内部逻辑单元设计，模拟电路单元设计，编码键盘设计以及单片机显示单元设计。

2.FPGA内部逻辑设计

2.1累加器的设计

累加器是DDS电路工作的最关键部分，累加器的工作速度决定了输出波形的频率精度。

由f0min=fc/

知，累加器的位数决定了频率最小分辨率，设计中fc为FPGA工作频率经过定制的锁相环进行10倍频后的频率：

fc=20MHz*10=200MHz，根据设计需要将累加器位数设为32位，这样最小频率步进制为fmin=0.046566Hz。

2.2波形ROM表的设计

利用QuartusII中的MegaWizardPlug-InManager可以方便的生成大小任意大小和接口的ROM，而关键是如何将波形表初始化到其中去。

本设计采用的查表法所需函数表通过Excel的实现。

首先建立数学函数模型，例如在一个周期内,ωt的取值范围为0~2π，对应y=f（x）形式，则0<

x≤2π，即y=sinx（0<

x≤2π）。

RAM地址范围的大小取决于所要求的数据表精度，地址范围越大数据表越精确，但需要的存储空间越大。

在Excel表格中可以用下拉单元格的方式迅速生成地址，本设计中生成1024个数据的数据表，地址范围0——1024，即波形表中每种波形每周期取1024点。

输入公式“=SIN（（A:

A/1024）*2*3.1415926）”,再利用下拉单元格的方式，得到各个地址单元所对应的正弦函数值。

以上得到的正弦函数表往往不能被D/A转换器直接利用，需要将其值映射到D/A转换器所能接受的数据空间内。

设计中所用D/A转换器为8位，其数据空间是0——255，可以利用公式“=（B:

B+1）*127.5”来映射数据，影射后的数据为小数，还须对其取整，输入公式“=INT（C:

C）”。

本设计中只需先建立波形表文件（mif文件），将Excel中的数复制进去即可得波形表。

部分波形数据如下：

在原理图中双击ROM调入波形表文件即将波形表中数据写入ROM中。

ROM的10位地址与累加器的输出的高10位数据相连，作为相位读取地址。

2.3调频模块（fm）的设计

（1）最高频率的设定

根据Nyquist采样定理，每周期最少有两个采样点，便可以还原出数字信号的波形，所以最高输出频率为fc/2（fc为采样频率），利用QuartusII中的MegaWizardPlug-InManager将FPGA的20M频率倍频成200M：

fmin=200000000/

=0.04656Hz频率控制字FSW由下式得出：

FSW=fo*

/200000000,实际中将FSW设为24位。

最小步进制设为1Hz，增加100Hz步进制，每个步进制有正负两个键，并且通过单片机即时显示当前频率值。

两个按键分别为控制相位每次加减一度，另外两个键控制幅度增减。

2.4调幅模块（AM）的设计

（1）调幅精度的设定

由于采用8位DAC0832来产生调幅电压，ΔV=Vref/256，由于实际要求为输出峰值1～5V可调，步进小于0.5V。

设计中幅度参考电压取9V，精度为0.035V，可直接将其作为步进电压值。

幅度控制字的输入同调频模块，采用幅度加减键来设定当前幅度值。

2.5双路移相模块的设计

双路移相输出是本设计的重点之一，采用FPGA设计DDS函数发生器可以方便的输出双路信号，而不必增加硬件成本。

在第一路信号的波形表地址的基础上加上相位增量，作为第二路信号的查表地址，由此实现移相输出。

在硬件实现时由于开发板上无输入数字键，所以仍然采用设定相位步进制的方法来实现移相，移相精度与波形表地址精度有关，本设计中的移相精度为：

Δφ=360°

/1024。

3、D/A输出模块的硬件电路设计设计

本模块采用DAC0832模块作为输出波形的幅度调节，连接至FPGA的调幅输出，将FPGA输出的相关幅度数据转换成相应的电压值作为DAC0800的参考电压。

DAC0800作为波形数据输出的D/A转换，转换后的波形信号电压经运放放大后输出。

具体电路结构如下图所示：

4、单片机及编码键盘系统模块

4.1单片机系统框图如下：

4.2编码键盘模块如下：

附件1单片机程序

#include<

reg52.h>

intrins.h>

#defineucharunsignedchar

#defineuintunsignedint

#defines_datP2//频控/相控

ucharcodedis2[]={'

0'

'

1'

2'

3'

4'

5'

6'

7'

8'

9'

};

//液晶显示数组

ucharzero,one,two,three,four,five,six;

sbitADR1=P3^0;

sbitADR2=P3^1;

sbitADR3=P3^2;

sbitADR4=P3^7;

sbitWR1=P3^3;

sbitRD1=P3^4;

sbitCLK=P3^5;

unsignedlongf1=2147;

//sendoutcontrolword

unsignedlongf2=2147;

unsignedlongp2=0;

sbitLCD_CS=P1^0;

sbitLCD_SID=P1^1;

sbitLCD_CLK=P1^2;

uintf_1=100,f_2=100,p=0;

//displaynum

unsignedlongfsw1=21474836,fsw2=21474836,phase=0;

//10000*controlword

ucharfc_1=1,fc_2=1;

//frequencycomparision

ucharref=128;

//votagereference

/**************************液晶程序*************************************************************/

voiddelayMs（uintm）

{uintz;

for（;

m!

=0;

m--）

for（z=500;

z>

0;

z--）;

}

bitlcd_busy（）

{

uinti;

bitflag;

//先产生连续5个'

LCD_CS=1;

for（i=0;

i<

5;

i++）

LCD_CLK=0;

LCD_SID=1;

LCD_CLK=1;

}

//再发送一个'

，表示读操作

//再发送一个'

表示写命令操作

LCD_SID=0;

，这是表示第一个字节结束

for（i=50;

i!

i--）;

flag=0;

flag=LCD_SID;

LCD_CS=0;

returnflag;

voidwrite_command（unsignedcharcmd）

{

unsignedinti;

while（lcd_busy（））;

//再发送三个'

，表示写操作

3;

//下面发送具体指令，先发送高4位

4;

if（cmd&

0x80）

else

cmd<

<

=1;

//发送连续4个'

//下面发送指令的低4位

0x80）/////////////////////////////

}

voidwrite_data（uchardat）

unsignedchari;

表示写数据操作

//下面发送具体数据，先发送高4位

if（dat&

dat<

//下面发送数据的低4位

//结束

voidwrite_char（uchar*ch）

ch[i]!

='

\0'

;

write_data（ch[i]）;

//////////////////////////////////////

voidlcd_init（）

{

write_command（0x30）;

//同一指令的动作不能同时改变DL和RE，需先改变DL再改变RE

50;

i++）;

//

write_command（0x0c）;

//01dcb设置显示状态，d=1整体显示ON,c=1游标与b=1游标位置反白ON01111

write_command（0x1c）;

//游标设置，显示向右移动，游标跟着移动

write_command（0x01）;

//清显示

delayMs（10）;

voiddat_to_char（uinttemp）

one=temp/100000;

two=temp%100000/10000;

three=temp%100000%10000/1000;

four=temp%100000%10000%1000/100;

five=temp%100000%10000%1000%100/10;

six=temp%100000%10000%1000%100%10;

voiddisplay（）

dat_to_char（f_1）;

write_command（0x81）;

write_char（"

f1:

"

）;

//write_data（dis2[one]）;

write_data（dis2[two]）;

write_data（dis2[three]）;

write_data（dis2[four]）;

write_data（dis2[five]）;

write_data（dis2[six]）;

Hz"

dat_to_char（f_2）;

write_command（0x91）;

f2:

write_command（0x89）;

相差:

dat_to_char（p）;

//write_data（dis2[two]）;

//write_char（"

度"

voidWritedata（unsignedlongdat）

RD1=0;

s_dat=dat;

delayMs

（1）;

WR1=1;

CLK=1;

CLK=0;

WR1=0;

voidwrite_word（）

ADR1=0;

ADR2=0;

ADR3=0;

ADR4=0;

Writedata（f1）;

////writef11

ADR1=1;

Writedata（（f1>

>

8））;

//writef12

ADR2=1;

16））;

//writef13

Writedata（f2）;

//writef21

ADR3=1;

Writedata（（f2>

////writef22

//writef23

Writedata（p2）;

//writep21

Writedata（（p2>

//writep22

ADR4=1;

Writedata（ref）;

RD1=1;

voidmain（）

{

uchartemp1;

lcd_init（）;

//write_command（0x80）;

液晶显示"

while

（1）

{

P0=0XFF;

temp1=P0;

temp1=temp1&

0x0f;

if（temp1!

=0x00）

{

switch（temp1）

case14:

temp1=0;

ref=ref+1;

break;

case13:

ref=ref-1;

case12:

fc_2++;

f1=fc_2*f2;

f_1=fc_2*f_2;

phase=0;

p=0;

case11:

fc_1++;

f2=fc_1*f1;

f_2=fc_1*f_1;

//case11:

p2=p2-1422222;

p=p-50;

write_word（）;

//50°

//case10:

p2=p2+1422222;

p=p+50;

case10:

if（（f_2==f_1）&

&

（p>

0））{phase=phase-28444;

p2=phase/10000;

p--;

}break;

case9:

if（f_2==f_1）{phase=phase+28444;

p++;

//1°

case8:

fsw2=fsw2-21474836;

f_2=f_2-100;

f2=fsw2/10000;

//100hz

case7:

fsw2=fsw2+21474836;

f_2=f_2+100;

case6:

fsw2=fsw2-214748;

f_2=f_2-1;

//1Hz

f1=fsw2/10000;

break;

//1hz;

f---display;

temp---fswacc;

case5:

fsw2=fsw2+214748;

f_2=f_2+1;

f2=fsw2/10000;

case4:

fsw1=fsw1-21474836;

f_1=f_1-100;

f1=fsw1/10000;

case3:

fsw1=fsw1+21474836;

f_1=f_1+100;

case2:

fsw1