EDA(FPGA)DDS信号发生器课程设计实验报告

《电子系统实验报告》课程设计

总结报告

题目：DDS信号发生器

设计人员：学号：

同组人员：

班级：

指导老师：

日期：2010.06.12

DDS信号发生器

一主要功能要求：

本课程系统DDS信号发生器设计我们组利用FPGA生成DDS函数信号发生器内核和利用89S52单片机最小系统实现频率字输出和波形选择。DDS模块与单片机的通信采用SPI串口协议。系统的16位频率字输出采用单片机的SPI串口协议输出，在DDS模块内部采用16位移位寄存器和16位锁存器进行串行数据到并行数据的转换。从而实现单片机到DDS模块的通信。

DDS模块由频率累加器、相位累加器、波形查找表、D/A模块组成。且系统时钟频率工作于75MHZ。频率和相位累加器采用32位累加器。波形查找表由三个ROM表组成，分别存储正弦波、方波、三角波的量化数据。再用一个三选一选择器作为波形输出的控制器件，控制信号由单片机输出。

二进制振幅键控的数字基带信号由VHDL语言生成M序列的二进制信号。正弦波信号由正弦波表输出。二者再进过一个乘法器，再到D/A模块。由此完成2ASK模块的设计。

二进制振幅键控的数字基带信号由VHDL语言生成M序列的二进制信号。进过二选一模块选择移位全零或者全一，查ROM表，选择移位180度或者0度，再到D/A。由此完成2PSK模块设计。

（注：

正弦波进行1024次量化采用公式512+511*sin（6.18/1024*k）------k值为1到1024

对方波进行1024次量化采用前512位量化数值全为1023 后512位量化数值全为0

三角波进行1024次量化采用1.3.5.7…..1023.1021.1019………7.5.3.1的方式进行量化

）

二整体设计框图及整机概述

三系统实现的功能

（1）可显示信号发生器输出波形与频率。

（2）正弦波、方波、三角波输出频率范围为35HZ ~ 1.17MHZ。

（3）具有频率设置功能。

（4）输出信号频率稳定度优于0.1。

（5）输出电压幅值：在5K负载电阻上的电压峰峰值V opp>=1V。

（6）输出信号能够移2种相位。

（7）用数字示波器观察时比较好。

四、DDS模块各部分原理图

单片机与DDS模块通信接口部分

锁相环模块

频率字处理模块

波形存储表及3选1选择器

2ASK

相位调制（2PSK）和2ASK和2PSK选择模块五、系统软件流程图及流程说明

标志00

六. 程序SPI.h模块

#ifndef _spi_h_

#define _spi_h_

#define uchar unsigned char

#define uint unsigned int

sbit cs = P2^0;

sbit sck = P2^1;

sbit d_out = P2^2;

uint bdata date;

sbit send_bit = date^7;

uchar get1=0,get2=0;

void delayus(uchar n)

{

uchar x,y;

for(x=n;x>0;x--)

for(y=2;y>0;y--);

}

void send(uint send_date) //用于发送信号的器件

{

uchar num=0;

date = send_date;

cs = 1;

sck = 1;

delayus(20);

cs = 0;

delayus(20);

for(;num<16;num++)

{

sck = 0;

delayus(5);

d_out = send_bit;

delayus(20);

sck = 1;

delayus(20);

date = date<<1;

}

cs = 1;

delayus(5);

}

void send1(uint send_date) //用于发送信号的器件

{

uchar num=0;

date = send_date;

cs = 1;

sck = 1;

delayus(20);

cs = 0;

delayus(20);

for(;num<16;num++)

{

sck = 0;

delayus(5);

d_out = send_bit;

delayus(20);

sck = 1;

delayus(20);

date = date<<1;

}

cs = 1;

delayus(5);

}

void get_spi() interrupt 0 //用于接收信号的器件

{

uchar num=0;

EX0 = 0;

// EA = 0;

while (sck == 0);

for (;num<8;num++)

{ get1 = get1<<1;

while (sck == 1);

while (sck == 0);

//

if (d_out == 1)

get1 = get1 | 0x01;

else get1 = get1 | 0x00;

}

while (sck == 0);

for (num=0;num<8;num++)

{ get2 = get2<<1;

while (sck == 1);

while (sck == 0);

//

if (d_out == 1)

get2 = get2 | 0x01;

else get2 = get2 | 0x00;

}

//EA = 1;

IE0 = 0;

EX0 = 1;

}

#endif

Key44.h

#ifndef __KEY_H__

#define __KEY_H__

#define uint unsigned int

#define uchar unsigned char

uchar code table[10] = {0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0 x7f,0x6f};

/************************************ ********************************

* 名称: Delay_1ms()

* 功能: 延时子程序，延时时间为1ms * x * 输入: x (延时一毫秒的个数)

* 输出: 无

************************************* **********************************/ void Delay_1ms(uint i)

{

uchar x,j;

for(j=0;j

for(x=0;x<=148;x++);

}

/************************************ ********************************

* 名称: Keyscan()

* 功能: 实现按键的读取。下面这个子程序是按处理矩阵键盘的基本方法处理的。* 输入: 无

* 输出: 按键值

************************************* **********************************/ uchar Keyscan(void)

{

uchar i,j, temp, Buffer[4] = {0xfe,0xfd,0xfb,0xf7};

for(j=0; j<4; j++)

{

P1 = Buffer[j];

/*以下三个_nop_();作用为让P1 口的状态稳定*/

// _nop_();

// _nop_();

// _nop_();

temp = 0x10;

for(i=0; i<4; i++)

{

if(!(P1 & temp))

{

return (i+j*4);

//返回取得的按键值

}

temp <<= 1;

}

}

}

#endif

Lcd1602.h

#ifndef __LCD1602_H__

#define __LCD1602_H__

#define uchar unsigned char

#define uint unsigned int

//这三个引脚参考资料

sbit E=P2^7; //1602使能引脚

sbit RW=P2^6; //1602读写引脚sbit RS=P2^5; //1602数据/命令选择引脚

/************************************ ********************************

* 名称: delay()

* 功能: 延时,延时时间大概为140US。* 输入: 无

* 输出: 无

************************************* **********************************/ void delay()

{

int i,j;

for(i=0; i<=10; i++)

for(j=0; j<=2; j++);

}

/************************************ ********************************

* 名称: Convert(uchar In_Date)

* 功能: 因为电路设计时，P0.0--P0.7接法刚好了资料中的相反，所以设计该函数。* 输入: 1602资料上的值

* 输出: 送到1602的值

************************************* **********************************/ uchar Convert(uchar In_Date)

{

uchar i, Out_Date = 0, temp = 0;

for(i=0; i<8; i++)

{

temp = (In_Date >> i) & 0x01;

Out_Date |= (temp << (7 - i));

}

return Out_Date;

}

/************************************ ********************************

* 名称: enable(uchar del)

* 功能: 1602命令函数

* 输入: 输入的命令值

* 输出: 无

************************************* **********************************/ void enable(uchar del)

{

P0 = Convert(del);

RS = 0;

RW = 0;

E = 0;

delay();

E = 1;

delay();

}

/************************************ ********************************

* 名称: write(uchar del)

* 功能: 1602写数据函数

* 输入: 需要写入1602的数据

* 输出: 无

************************************* **********************************/

void write(uchar del)

{

P0 = Convert(del);

RS = 1;

RW = 0;

E = 0;

delay();

E = 1;

delay();

}

/************************************ ********************************

* 名称: L1602_init()

* 功能: 1602初始化，请参考1602的资料* 输入: 无

* 输出: 无

************************************* **********************************/ void L1602_init(void)

{

enable(0x01);

enable(0x38);

enable(0x0c);

enable(0x06);

enable(0xd0);

}

/************************************ ********************************

* 名称: L1602_char(uchar hang,uchar lie,char sign)

* 功能: 改变液晶中某位的值，如果要让第一行，第五个字符显示"b" ，调用该函数如下

L1602_char(1,5,'b')

* 输入: 行，列，需要输入1602的数据* 输出: 无

************************************* **********************************/ void L1602_char(uchar hang,uchar lie,char sign)

{

uchar a;

if(hang == 1) a = 0x80;

if(hang == 2) a = 0xc0;

a = a + lie - 1;

enable(a);

write(sign);

}

/************************************ ********************************

* 名称: L1602_string(uchar hang,uchar lie,uchar *p)

* 功能: 改变液晶中某位的值，如果要让第一行，第五个字符开始显示"ab cd ef" ，调用该函数如下

L1602_string(1,5,"ab cd ef;")

* 输入: 行，列，需要输入1602的数据* 输出: 无

************************************* **********************************/ void L1602_string(uchar hang,uchar lie,uchar *p)

{

uchar a;

char q=0;

if(hang == 1) a = 0x80;

if(hang == 2) a = 0xc0;

a = a + lie - 1;

enable(a);

while(1)

{

if(*(p+q)=='\0') break;

write(*(p+q));

q++;

}

}

#endif

主程序

include

#include

#include #include #define uint unsigned int

#define uchar unsigned char #define ulong unsigned long int sbit d1 = P2^3;

sbit d0 = P2^4;

ulong s_data;

ulong m,n,c;

uchar Key_Value,Key_Value1;

/************************************ ***********************/

void display(unsigned long int t)

{ ulong t1,t2,t3,t4,t5,t6,t7;

// t8=t%100000000;

t7=t%10000000;

t6=t%1000000;

t5=t%100000;

t4=t%10000;

t3=t%1000;

t2=t%100;

t1=t%10;

// L1602_char(1,7,t8/10000000+48);

L1602_char(1,8,t7/1000000+48);

L1602_char(1,9,t6/100000+48);

L1602_char(1,10,t5/10000+48);

L1602_char(1,11,t4/1000+48);

L1602_char(1,12,t3/100+48);

L1602_char(1,13,t2/10+48);

L1602_char(1,14,t1+48);

}

void display1(uchar t)

{ int t1;

t1=t%10;

L1602_char(2,4,t1+48);

}

void display2(uchar t)

{ int t1;

t1=t%10;

L1602_char(2,9,t1+48);

}

void main()

{

s_data=0x0001;

send(s_data);

L1602_init();

L1602_string(1,1,"fout=");

L1602_string(1,15,"Hz");

L1602_string(2,1,"d1=");

L1602_string(2,6,"d0=");

L1602_string(2,12,"fbo");

display(35);

display1(d1);

display2(d0);

while(1)

{ P1 = 0xf0;

if(P1 != 0xf0)

{

Delay_1ms(15); //按键消抖

if(P1 != 0xf0)

{

Key_Value = Keyscan()%10;

Key_Value1 = Keyscan()/10;

if(Key_Value==0&&Key_Value1==0)//20 de jia

{

s_data=s_data +0x0001;

if(s_data==65535)

{

s_data=0x0001;

}

send(s_data);

n=(s_data+1)*18;

display(n);

Delay_1ms(100);

}

if(Key_Value==1&&Key_Value1==0) //100 de jia

{

s_data=s_data +0x0006;

if(s_data==65535)

{

s_data=0x0001;

}

send(s_data);

n=(s_data+1)*18;

display(n);

Delay_1ms(100);

}

if(Key_Value==2&&Key_Value1==0) // 1k de jia

{

s_data=s_data +0x0040;

if(s_data==65535)

{

s_data=0x0001;

}

send(s_data);

n=(s_data+1)*18;

display(n);

Delay_1ms(100);

}

if(Key_Value==3&&Key_Value1==0) //10k de jia

{

s_data=s_data +0x0280;

if(s_data==65535)

{

s_data=0x0001;

}

send(s_data);

n=(s_data+1)*18;

display(n);

Delay_1ms(100);

}

if(Key_Value==4&&Key_Value1==0) // 100k de jia

{

s_data=s_data +0x1900;

if(s_data==65535)

{

s_data=0x0001;

}

send(s_data);

n=(s_data+1)*18;

display(n);

Delay_1ms(100);

}

/************************************ ************************************* ***************/

if(Key_Value==5&&Key_Value1==0) //

20 de jian

{

s_data=s_data -0x0001;

if(s_data==0)

{

s_data=0x0001;

}

send(s_data);

n=(s_data+1)*18;

display(n);

Delay_1ms(100);

}

if(Key_Value==6&&Key_Value1==0) //100 de jian

{

s_data=s_data -0x0006;

if(s_data==0)

{

s_data=0x0001;

}

send(s_data);

n=(s_data+1)*18;

display(n);

Delay_1ms(100);

}

if(Key_Value==7&&Key_Value1==0) // 1k de jian

{

s_data=s_data -0x0040;

if(s_data==0)

{

s_data=0x0001;

}

send(s_data);

n=(s_data+1)*18;

display(n);

Delay_1ms(100);

}

if(Key_Value==8&&Key_Value1==0) //10k de jian

{

s_data=s_data -0x0280;

if(s_data==0)

{

s_data=0x0001;

}

send(s_data);

n=(s_data+1)*18;

display(n);

Delay_1ms(100);

}

if(Key_Value==9&&Key_Value1==0)

// 100k de jian

{

s_data=s_data -0x1900;

if(s_data==0)

{

s_data=0x0001;

}

send(s_data);

n=(s_data+1)*18;

display(n);

Delay_1ms(100);

}

/************************************ ************************************* ********/

/************************************ ************************************* ********/

if(Key_Value==0&&Key_Value1==1)

// d0

{

d0=~d0;

display2(d0);

if(d1==0)

{

if(d0==0)

{

L1602_string(2,12,"sin");

}

if(d0==1)

{

L1602_string(2,12,"saj");

}

}

Delay_1ms(100);

}

if(Key_Value==1&&Key_Value1==1) // d1

{

d1=~d1;

display1(d1);

if(d1==1)

{

L1602_string(2,12,"fbo");

}

if(d1==0)

{

if(d0==0)

{

L1602_string(2,12,"sin");

}

if(d0==1)

{

L1602_string(2,12,"saj");

}

}

Delay_1ms(100);

}

}

}

}

}

七．总结设计及体会

总结：

（1）刚开始选择系统设计方案时，我们组进行了激烈的讨论，最终决用我们已经

做好的单片机模块及4*4矩阵键盘。而单片机与DDS模块通信采用SPI协议。

三种波形采用三个ROM表来存。

（2）在确定了基本思路后，我们就开始分工，做单片机程序，DDS模块的设计，

做三种波形的量化数据处理，及单个模块的波形仿真。

（3）当将单片机模块与DDS模块进行联调时，问题出现了单片机与DDS模块能

通信，但是只能通信8位数据。与我原来想的通信16位有区别。导致只能控制

信号4k到1.17M的信号。跟老师沟通情况后，认真考虑清楚情况，认定原因原

来是单片机的SPI模块出现问题。经过调试程序终于可以用了。

（4）在基本功能都调通时，在原来讨论的基础上加了调相（2PSK）与2ASK模

块

体会：

（1）做事情前先确认目标。分析可行的方案。

（2）做事情要从小做起，简单做起，起点不要高，但是终点可以高

（3）遇到问题要虚心请教，团队，同学，老师都是我们的资源。

（4）通过此次的设计使我更加了解了FPGA的硬件特性与软件开发工具QuartusII的使用并且掌握了DDS函数信号发生器的原理。

（5）感谢金恩老师和耀国老师的悉心教导。

参考资料：

EDA技术实用教程科学出版社潘松黄继业编