电子竞赛1——基于DDS的AM信号发生器

1. 课题要求

产生AM调幅波；

要求：载波10K，被调制波1K；

短按键1（pin_143）改变该调幅波的调制度：25%、50%、75%；

长按按键1（pin_143）改变被调制信号频率：1K、1.5K、2K、2.5K；

1. 方案设计与论证
2. DDS工作原理

DDS建立在采样定理基础上，首先对需要产生的波形进行采样，将采样值数字化后存入存储器作为查找表，然后通过查表读取数据，再经D/A转换器转换为模拟量，将保存的波形重新合成出来。DDS与基于PLL的频率合成器相比具有简便、精确、快速、廉价和灵活等优点。

DDS基本原理框图如图2.1所示：它主要由相位累加器、波形存储器、D/A 转换器和低通滤波器构成。

图2.1 DDS基本原理框图

DDS 工作时，在时钟脉冲Fs的控制下对频率控制字X 用累加器进行处理以得到相应的相位码，然后由相位码寻址波形存储器进行相位码―幅度编码变换，再经过D/A 数模变换器得到相应的阶梯波，最后经过低通滤波器对阶梯波进行平滑处理即可得到由频率控制字X决定的频率可调的输出波形。参考频率源一般是高稳定的晶体振荡器，用于DDS 中各部件的同步工作，因此DDS 输出的合成信号频率稳定度与晶体振荡器是相同的。在标准频率参考源的控制下，频率控制字X可决定相应的相位增量，相位累加器则以步长X进行线性累加，相位累加器积满时就会产生一次溢出，从而完成一个周期性动作，这个动作周期即是DDS合成信号的一个周期。

2、AM调制

AM调制可以由硬件电路实现，也可由软件实现。由于本课题采用FPGA，在使用FPGA设计DDS系统时，要在满足系统要求和保持DDS 原有优点的基础上，尽量减少硬件复杂性。因此AM调制应在FPGA内部完成，把调制信号添加直流分量后与载波相乘。所设计DDS 的系统结构框图如图1.2.2 所示：

图2.2 DDS系统结构框图

取采样频率为载波频率的4倍。即Fclk=4*Fc=4*10000=40KHz。由于使用的FPGA芯片的晶振频率为20MHz，所以需要对其进行分频操作，并对每个正弦波采样256点。假设波峰为FFH，波谷为00H，每个采样点的取值可由公式Y=128*Sin(2π*)+128算出。

三、单元电路设计

3.1 DAC0832模块

ＤＡＣ０８３２芯片以其价格低廉、接口简单、转换控制容易等优点，在嵌入式应用系统中得到广泛的应用。本设计中，DAC0832把FPGA实验板输出的8路数字信号转换成模拟信号，原理图如图3.1所示：

图3.1 DAC0832模块

D/A转换结果采用电流形式输出。若需要相应的模拟电压信号，可通过一个高输入阻抗的线性运算放大器实现。运放的反馈电阻可通过RFB端引用片内固有电阻，也可外接。

3.2 三阶低通滤波器

DAC0832模块输出的信号含有高次谐波分量，需要用滤波器滤除。本设计采用三阶低通滤波器，该滤波器由一个二阶巴特沃斯低通滤波器和一个一阶无源RC低通滤波器组成。其原理图如图3.2所示：

图3.2 三阶低通滤波器

取截止频率略高于一次谐波频率（15.3KHz），由公式Fc1=，Fc2=，计算得R1=R2=1.8K,C1=1n，C2=33n,C3=10n，R3=4.3K。

四、软件设计

题目中要求载波的F=10khz，调制波的F分别为1khz,到2.5khz，步进为0.5khz,合成方法采取DDS数字合成方法,选择采样频率为64khz，本项目采样的FPGA板是EP2C8，实验板晶振的大小为20MHZ，为了得到精确的采样的时钟，采用PLL锁相环,DDS中rom数据选用有符号数的正弦波，数据宽度为8，深度256,DAC芯片采用DAC0832。以下是软件的框图：

FPGA资源消耗情况：

五、系统测试

1、测试仪器

直流稳压电源 GPS3303

示波器 YB4365

2、测试波形

（1）调制度

选取调制频率为1KHz，测得不同调制度的信号波形如表5-1所示：

	调制度：25%
	调制度：50%
	调制度：75%

表5-1 调制度

(2)调制信号频率

选取调制度为50%，测得不同调制频率下的信号波形如表5-2所示：

	调制信号频率：1KHz
	调制信号频率：1.5KHz
	调制信号频率：2KHz
	调制信号频率：2.5KHz

表5-2 调制信号频率