MATLAB課程設(shè)計報告 DDS信號發(fā)生器

1、 孟繁貴 20078002113電子信息系統(tǒng)仿真與設(shè)計課程設(shè)計報告設(shè)計課題:DDS信號發(fā)生器姓 名:學(xué) 院:信息工程學(xué)院專 業(yè):班 級:學(xué) 號:日 期指導(dǎo)教師:山東大學(xué)威海分校信息工程學(xué)院課程設(shè)計的題目：DDS信號發(fā)生器課程設(shè)計的要求：產(chǎn)生11000HZ，幅度可調(diào)，平滑正弦波。 摘要：直接數(shù)字式頻率合成器（DDS）是近年來發(fā)展非常迅速的一種器件，它采用全數(shù)字技術(shù)，具有分辨率高、頻率轉(zhuǎn)換時間短、相位噪聲低等特點(diǎn)，并具有很強(qiáng)的調(diào)制和其它功能。Simulink是MATLAB的重要組成部分，提供建立系統(tǒng)模型、選擇仿真參數(shù)和數(shù)值算法、啟動仿真程序?qū)υ撓到y(tǒng)進(jìn)行仿真、設(shè)置不同的輸出方式來觀察仿真結(jié)果等功能。

2、本次實驗主要使用Simulink 仿真軟件,闡述了直接數(shù)字頻率合成技術(shù)(DDS) 的特點(diǎn)和基本工作原理;在Simulink 環(huán)境下建立DDS 模型,仿真DDS 輸出波形。關(guān)鍵詞：DDS、Simulink、系統(tǒng)仿真0 DDS工作原理DDS的基本思想是在存儲器存入正弦波的L個均勻間隔樣值，然后以均勻的速度把這些樣值輸出到數(shù)模轉(zhuǎn)換器，將其轉(zhuǎn)換成模擬信號。最低輸出頻率的波形會有L個不同的點(diǎn)。同樣的數(shù)據(jù)輸出速率，但存儲器中的值每隔一個值輸出一個，就能產(chǎn)生二倍頻的波形。以同樣的速率，每隔K個點(diǎn)輸出就得到K倍頻率波形。頻率分辨率與最低分辨率一樣。其上限頻率由Nyquist速率決定，與DDS所用的工作頻率有關(guān)

3、。DDS的組成如圖1所示它由一位相位累加器、只讀存儲器（ROM）、數(shù)/模轉(zhuǎn)換器（DAC）和低通濾波器組成，F(xiàn)clk為時鐘頻率。相位累加器和ROM構(gòu)成數(shù)控振蕩器。相位累加器的長度為N，用頻率控制字K去控制相位累加器的次數(shù)。每來一個時鐘脈沖fs，加法器將頻率控制字k與累加寄存器輸出的累加相位數(shù)據(jù)相加，把相加后的結(jié)果送至累加寄存器的數(shù)據(jù)輸入端。累加寄存器將加法器在上一個時鐘脈沖作用后所產(chǎn)生的新相位數(shù)據(jù)反饋到加法器的輸入端，以使加法器在下一個時鐘脈沖的作用下繼續(xù)與頻率控制字k相加。這樣，相位累加器在時鐘作用下，不斷對頻率控制字進(jìn)行線性相位累加。由此可以看出，相位累加器在每一個時鐘脈沖輸入時，把頻率控制

4、字累加一次，相位累加器輸出的數(shù)據(jù)就是合成信號的相位，相位累加器的溢出頻率就是DDS輸出的信號頻率。用相位累加器輸出的數(shù)據(jù)作為波形存儲器（ROM）的相位取樣地址，這樣就可把存儲在波形存儲器內(nèi)的波形抽樣值（二進(jìn)制編碼）經(jīng)查找表查出，完成相位到幅值轉(zhuǎn)換。波形存儲器的輸出送到DA轉(zhuǎn)換器，DA轉(zhuǎn)換器將數(shù)字量形式的波形幅值轉(zhuǎn)換成所要求合成頻率的模擬量形式信號。低通濾波器用于濾除不需要的取樣分量，改變ROM中的數(shù)據(jù)值，就可以得到不同的波形，如正弦波、三角波、方波、鋸齒波等周期性的波形。1 DDS設(shè)計思想在參考時鐘的控制下,相位累加器對頻率控制字K 進(jìn)行累加,得到的相位碼對波形存儲器尋址,使之輸出相應(yīng)的幅度碼

5、,經(jīng)過數(shù)模轉(zhuǎn)換器得到相應(yīng)的階梯波,最后經(jīng)低通濾波器得到連續(xù)變化的所需頻率的波形。2 DDS仿真模型的建立根據(jù)DDS的基本原理建立仿真模塊圖如圖2所示，其中,時鐘模塊可用Sources 中的Pulse Generator 。頻率控制字K 模塊用Sources 中的Constant 模塊。相位累加器模塊由Subsystem 中的Triggered Subsystem、Math Operations 中的Add 和Unit Delay ( 實現(xiàn)計數(shù)累加)構(gòu)成。ROM查找表使用自定義Fcn 正弦函數(shù)實現(xiàn),該模塊還包括了DAC 模塊。LPF 用庫Signal ProcessingBlockset 下Fi

6、lter designs 中的Analog filter design 模塊。信號顯示用Sinks 中的Scope ,Display 模塊。DDS的Simulink模型如下圖所示。3 DDS系統(tǒng)仿真分析3.1 DDS系統(tǒng)仿真模塊的參數(shù)的設(shè)定。設(shè)方波生成器的頻率為f1, 頻率控制字K 模塊Constant的值為K，自定義函數(shù)的頻率為f2,自定義函數(shù)的變量為u。在一秒的時間內(nèi)（t=1s），方波的生成個數(shù)p,p=f1;最終的自變量u, u=K*f1;在1秒內(nèi)掃過的相位為,=u*2*pi*f2=K*f1*2*pi*f2。在一秒內(nèi)sin函數(shù)的個數(shù)為X =/(2*pi),X=K*f1*f2.正弦波的頻率為

7、f=K*f1*f2。在設(shè)定參數(shù)的過程中，令K=1,所以f=f1*f2d.我在設(shè)定的過程中，F(xiàn)cn=sin(u*f*2*pi),其中f*2*pi比較小時，輸出的波形更平滑，設(shè)定f*2*pi=1/200,所以f2=1/(400*pi),所以f1=400*pi。在設(shè)定參數(shù)時，延時器的頻率要和f1相同，只有這樣才能實現(xiàn)相位的疊加。低通濾波器的參數(shù)設(shè)定，截止頻率大于2*pi*f(rad/s)即可，我設(shè)定的是10*f(rad/s)；在設(shè)定階數(shù)時，階數(shù)比較大時，輸出的正弦波更平滑，但是會使正弦波的幅度衰減較快，所以在設(shè)定時要兼顧兩方面的要求，我在仿真時設(shè)定階數(shù)為4。要求的頻率、仿真時間、幅度值通過MATLA

8、B主界面輸入，所以可以方便的調(diào)節(jié)。3.2 DDS仿真的效果f為頻率，t為仿真時間，m為幅度f=1HZ,t=10s,m=5vf=10HZ,m=8v,t=1sF=50,m=8,t=0.1f=250HZ,m=8V,t=0,01SF=500HZ,T=0.01S,M=8VF=1000HZ,T=0.01s,m=8v4 總結(jié)在這里首先要感謝劉老師、張老師和研究生學(xué)長的悉心指導(dǎo)，在這短短的五天里，我學(xué)到了許多知識，對DDS的基本原理有了了解，會應(yīng)用Simulink基本的仿真系統(tǒng)。在實驗中與道了許多的問題，同時也產(chǎn)生了一些比較好解決方法。首先是頻率的計算，在剛開始時，只能產(chǎn)生0.01，0.5之類的小數(shù)頻率，不能

9、產(chǎn)生1、2等整數(shù)的頻率，在與我們同組人員的討論下，知道是參數(shù)設(shè)置不合理，在與同學(xué)們的交流中，找到了時鐘頻率和自定義函數(shù)的關(guān)系，即它們?yōu)榈箶?shù)的關(guān)系，接著就產(chǎn)生了整數(shù)的正弦波。其次，在以前，我們是通過定義頻率控制字模塊控制正弦波的頻率，我們發(fā)現(xiàn)在頻率小時候輸出的正弦波還是比較好的，但是在頻率較大時，正弦波就產(chǎn)生了一定比例的失真，并且讀取頻率比較難；之后我改進(jìn)模塊之間的頻率關(guān)系，讓頻率控制字模塊的數(shù)值保持為1，讓時鐘頻率和自定義函數(shù)的頻率乘積為f，也就是最后的正弦波的頻率。最后，在設(shè)置低通濾波器參數(shù)的時候，在產(chǎn)生1000hz這些比較大的正弦波的時候，就需要加大截止頻率，在產(chǎn)生1HZ這些小頻率的時候，就需要將截止頻率調(diào)小，否則就出現(xiàn)了頻率和幅度的失真。通過思考，我們將截止頻率和最后正弦波的輸出頻率聯(lián)系，可以將截止頻率設(shè)10*f，這樣就不需要每次都調(diào)節(jié)，可以使示波器上的正弦波更美觀且平滑。在本次實驗中，我和老師積極的交流方法和問題，使我的問題更快更好地解決。同時，在我的模型設(shè)計中，只要設(shè)置好仿真時間參數(shù)，就能實現(xiàn)任意頻率，任意幅度，平滑的正弦波，對實驗題目的要求進(jìn)行了擴(kuò)展。5 參考文獻(xiàn)【1】 曹興雯，劉乃安，陳建 高頻電路原理與分析 西安電子科技大學(xué)出版社 2009年【2】儲彬彬，漆德寧朱守中 基于Simul ink 的DDS 系統(tǒng)仿真【3】薛年喜