DDS需求分析

（1）采用高性能DDS单片电路的解决方案 ：

随着微电子技术的飞速发展，目前市场上性能优良的DDS产品不断推出，主要有Qualcomm、AD、Sciteg和Stanforc等公司单片电路（monolithic）。Qualcomm公司推出了DDS系列Q2220、Q2230、Q2334、Q2240、Q2368，其中Q2368的时钟频率为130MHZ，分辨率为0.03HZ，杂散控制为-76dBc，变频时间为0.1us；美国AD公司也相继推出了他们的DDS系列：AD9850、AD9851、可以实现线性调频的AD9852、两路正交输出的AD9854以及以DDS为核心的QPSK调制器AD9853、数字上变频器AD9856和AD9857。AD公司的DDS系列产品以其较高的性能价格比，目前取得了极为广泛的应用。下面仅对比较常用的AD9850芯片作一个简单介绍。

AD9850是AD公司采用先进的DDS技术，1996年推出的高集成度DDS频率合成器，它内部包括可编程DDS系统、高性能DAC及高速比较器，能实现全数字编程控制的频率合成器和时钟发生器。接上精密时钟源，AD9850可产生一个频谱纯净、频率和相位都可编程控制的模拟正弦波输出。此正弦波可直接用作频率信号源或转换成方波用作时钟输出。AD9850接口控制简单，可以用8位并行口或串行口直接输入频率、相位等控制数据。32位频率控制字，在125MHZ时钟下，输出频率分辨率达0.029HZ。先进的CMOS工艺使AD9850不仅性能指标一流，而且功耗少，在3.3V供电时，功耗仅为155mW。扩展工业级温度范围为-40～+85摄氏度，其封装是28引脚的SSOP表面封装。

AD9850采用32位相位累加器，截断成14位，输入正弦查询表，查询表输出截断成10位，输入到DAC。DAC输出两个互补的模拟电流，接到滤波器上。调节DAC满量程输出电流，

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需外接一个电阻Rset，其调节关系是Iset=32(1.248V/Rset)，满量程电流为10～20mA。

（2）采用低频正弦波DDS单片电路的解决方案：

Micro Linear公司的电源管理事业部推出低频正弦波DDS单片电路ML2035以其价格低廉、使用简单得到广泛应用。ML2035特性：(1)输出频率为0～25KHZ，在时钟输入为12.352MHZ时频率分辨率可达到1.5HZ(-0.75～+0.75HZ)，输出正弦波信号的峰－峰值为Vcc；(2)高度集成化，无需或仅需极少的外接元件支持，自带3～12MHZ晶体振荡电路；(3)兼容的3线SPI串行输入口，带双缓冲，能方便地配合单片机使用；(4)增益误差和总谐波失真很低。

ML2035为DIP-8封装，各引脚功能如下：  (1)Vss：-5V电源； 

(2)SCK：串行时钟输入，在上升沿将串行数据锁入16位移位寄存器；

(3)SID：串行数据输入，该串行数据为频率控制字，决定6脚输出的频率； (4)LATI：串行数据锁存，在下降沿将频率控制字锁入16位数据锁存器； (5)VCC：+5V电源； 

(6)VOUT：模拟信号输出； 

(7)GND：公共地，输入、输出均以此点作为参考点；  (8)CLK IN：时钟输入，可外接时钟或石英晶体。

ML2035生成的频率较低(0～25KHZ)，一般应用于一些需产生的频率为工频和音频的场合。如用2片ML2035产生多频互控信号，并与AMS3104(多频接收芯片)或ML2031/2032(音频检波器)配合，制作通信系统中的收发电路等。

可编程正弦波发生器芯片ML2035设计巧妙，具有可编程、使用方便、价格低廉等优点，应用范围广泛，适合需要低成本、高可靠性的正弦信号的场合。

（3）自行设计的基于FPGA芯片的解决方案：

DDS技术的实现依赖于高速、高性能的数字器件。可编程逻辑器件以其速度高、规模大、可编程，以及有强大EDA软件支持等特性，十分适合实现DDS技术。Altera是著名的PLD生产厂商，多年来一直占据着行业领先的地位。Altera的PLD具有高性能、高集成度和高性价比的优点，此外它还提供了功能全面的开发工具和丰富的IP核、宏功能库等，因此Altera的产品获得了广泛的应用。Altera的产品有多个系列，按照推出的先后顺序依次为Classic系列、MAX(Multiple Array Matrix)系列、FLEX(Flexible Logic Element Matrix)系列、APEX(Advanced Logic Element Matrix)系列、ACEX系列、Stratix系列以及Cyclone[15] 等。

虽然有的专用DDS芯片的功能也比较多，但控制方式却是固定的，因此不一定是我们所需要的。而利用FPGA则可以根据需要方便地实现各种比较复杂的调频、调相和调幅功能，具有良好的实用性。就合成信号质量而言，专用DDS芯片由于采用特定的集成工艺，内部数字信号抖动很小，可以输出高质量的模拟信号；利用FPGA也能输出较高质量的信号，虽然达不到专用DDS芯片的水平，但信号精度误差在允许范围之内

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选择方案2 ~~

存储器方案

（1）波形表存储器

因为本设计是采用FPGA实现DDS的功能，所以使用FPGA作为数据转换的桥梁，将波形数据存储到其内部的RAM中，并由DDS系统产生波形输出。需存储在RAM中的波形数据是由单片机采集外部数据,对ROM中存储的标准波形进行各种相应的运算而得到。波形表存储器ROM有三种方法实现。

方法一：外接ROM用单片机来完成。可采用并行两片32K的EEPROM存储器AT28C256，共16位位宽，可以实现12位波形表存储，150ns读取速度完全满足20KHZ的工作频率。实现方案：将归一化的正弦波存储在32KEEPROM中，波形存储64个点。然后由单片机根据键盘输入的不同要求，对各点数据乘相应系数并叠加，再将所得到的新数据存储在RAM中，此时便得到了所需要的波形数据表。

方法二：由逻辑方式在FPGA中实现。 方法三：利用Altera公司的含于EAB器件中的兆功能模块LPM_ROM，通过VHDL语言编程来实现。

第一种方法容量最大，但速度最慢，且编程比较麻烦；第二种方法速度最快，但容量非常小；第三种方法兼顾了两者的优点，克服了其缺点。

在选用FPGA芯片时用的是Altera公司的FLEX10K系列芯片EPF10K10LC84_4, 有LPM_ROM模块，因此ROM选用第三种方法。

（2）外存储器

由于本设计选用的单片机为MSC-51系列的8051，它相对于高速的FPGA来说速度太慢，因此对单片机扩展外部数据存储器和波形存储器。

半导体存储器可分为三类:只读存储器(ROM、PROM、EPROM)，随机存储器（SRAM、DRAM），不挥发性读写存储器（EEPROM、NOVRAM）。本设计要实现编辑功能，故必须选择随机存储器或不挥发性读写存储器。

方案一：采用SRAM（6264：8KRAM）和EEPROM（2817：2KROM），通过总线隔离的办法实现，既能通过CPU改变存储器数据，又能通过相位累加实现读取波形存储器数据的功能。

方案二：采用特殊存储器双口RAM。双口RAM有左右两套相同的I/O口，即两套数据总线，分别有两套地址、控制总线，并有一套竞争仲裁电路。它可通过左右两边的任一组I/O

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进行异步的存储器读写操作，避免了系统总线隔离。

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对比上述两种方案，方案一的硬件电路虽较复杂，但设计简单，成本低，容量大，故采用此方案。

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存储器寻址方案

方案一：采用移位寄存器74164对BCD乘法器14527进行设置。BCD乘法器14527接成加法级联方式，输入频率由晶振提供，级联输出频率为：

f10000k11000k2100k310k4k510000 （2.1）

式中K1、K2、K3、K4、K5为BCD乘法器置数。根据置数不同，可以输出不同的频率的计数脉冲，再经计数器计数对存储器寻址，频率控制寻址频率，从而控制输出波形的频率。此方案硬件接线复杂，频带不易拓宽。

方案二：运用FPGA构成的相位累加器对EEPROM进行寻址。由单片机控制步长即可控制寻址频率，而相移也可方便地由单片机控制相位累加器的初始值来设定。

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比较两种方案，方案二设计简单，易于单片机控制，故选方案二。 ~~

模块介绍：

1.波形设定：对任意波形的手动设定

2.D/A转换：主要选用DAC0832来把数字信号转换为模拟信号，在送入单片机进行处理。 3.单片机部分：最小系统

4.键盘：用按键来控制输出波形的种类和数值的输入 5.显示部分：采用LCD显示波形的频率

系统要求是便携式低功耗的，所以在硬件电路建立前首先粗略计算一下整个系统所需的功耗。考虑单片机部分（有最小系统，D/A转换，键盘接口，扩展部分显示等部分）的功耗大小，机器体积小，价格便宜，耗电少，频率适中，便于携带。

单片机外扩展存储器电路

采用外部存储器6264（SRAM：8KRAM）和2817（EEPROM：2KROM），通过总线隔离的办法实现，电路如图所示。

滤波、缓冲输出电路

D/A输出后，通过滤波电路、输出缓冲电路，使信号平滑且具有负载能力。滤波采用二阶巴特沃兹低通滤波器，其幅度函数是单调下降的，且n阶巴特沃兹低通滤波器的前

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（2n-1）阶导数在ω=0处为零，所以它又称为最大平坦幅度滤波器。由于本设计要求滤波的分量主要为由D/A产生的高频分量，和要保留的频率（小于20KHZ）相差很远，所以滤波器在通带内的平坦程度比其衰减陡度更为重要。另外，巴特沃兹低通滤波器也不像其它滤波器对元件值要求那么苛刻，因为在截止频率附近，频率响应钝化可能是这些滤波器在要求锐截止的地方不合要求。设计中主要是频率为≤20KHZ的正弦波。

运放选用宽带运放LF351，电路设计如图。正弦波的输出频率小于20.48KHZ，为保证20.48KHZ频带内输出幅度平坦，又要尽可能抑制谐波和高频噪声，综合考虑取：R1=1KΩ，R2=1KΩ，C1=100pF,C=100pF。

D/A转换电路的设计

DAC0832是CMOS工艺制造的8位D/A转换器，属于8位电流输出型D/A转换器，转换时间为1us，片内带输入数字锁存器。DAC0832与单片机接成数据直接写入方式，当单片机把一个数据写入DAC寄存器时，DAC0832的输出模拟电压信号随之对应变化。利用D/A转换器可以产生各种波形，如方波、三角波、正弦波、锯齿波等以及它们组合产生的复合波形和不规则波形。

DAC0832芯片原理

管脚功能介绍（如图3-12所示）

基本元件及原理如上所示具体 价格没找到