基于DDS的信号源的设计(参考)

基于ＤＤ￥的信号源的设计口罗怡李朋朋（武汉大学电子信息学院马玖凯湖北·武汉４３００７９）摘要：本系统以单片机ＡＴ８９Ｃ５２和ＣＰＬＤ——ＥＰＨ５７０Ｔ１００Ｃ５相结合，采用ＤＤＳ（ＤＤＦＳ，直接频率数字频率合成）技术，辅以必要的模拟电路，构成了波形稳定、精度较高、幅额在规定范围内可调的信号发生器。单片机控制频率、幅度步进．ＣＰＬＤ集成了大部分电路，系统大大简化。用键盘切换波形及输入其频率，在ＬＣＤ上实时显示相关信忠，并用示波器观察波形。输出波形可以在正弦没、方波、三角波及锯齿渡问切换。关键词：ＤＤＳ技术ＣＰＬＤ中图分类号：ＴＰ３９Ｄ／Ａ转换中图分类号：Ａ文章编码：１００７—３９７３（２００９】０８－０４２．０２１方案比较、设计与论证１．１频率合成器模块——采用ＤＤＳ技术产生波形在单片机控制下。通过计数器的输出作为读取波形存储器ＲＡＭ的地址．将读出的数据送至Ｄ／Ａ转换器输出波形。采用ＣＰＬＤ与单片机相结合的方式实现对频率的控制。利用ＣＰＬＤ产生一个相位累加器。通过相位累加器和固定时钟脉冲取样的相位寄存器组成。该方案无需相位反馈控制，频率建立及频率切换快，并且与频率分辨率、频谱纯度相互。覆盖频率范围大。精度高，控制性好且容易实现。并具有功能扩展的能力。双口ＲＡＭ有两套完全相同的Ｉ／Ｏ口．并有一套竞争仲裁电路。可以通过左右两边任一组Ｉ／Ｏ进行全异步的存储器读写操作，避免了系统总线隔离，可直接挂在总线上。减少了单片机与ＣＰＬＤ之间的通信。节省单片机的资源，使系统更为可靠。１．３模拟揄出模块输出模块要实现数模转换和幅度控制功能。并接有后级处理模块．滤除由ＤＡ产生的高频分量和采集样点时的高次谐波分量，使输出的波形平滑不失真。（１）幅度控制——双Ｄ，Ａ技术由单片机控制．第一级Ｄ，Ａ的输出可调电压作为第二级Ｄ／Ａ的基准电压源．以此来控制信号发生器的输出电压幅度。这种方法电路简单。通过软件控制，可控性强。（２）后级滤波——巴特沃斯滤波器巴特沃斯滤波器幅频特性单调递减，但通带带内平坦。由于信号发生器的输出波形中的主要噪声为Ｄ／Ａ转换产生的高频分量，与设计的频率范围相羞很远，相对来说，滤波器在频带内的平坦程度比其衰减陡度更为重要。同时。巴特沃斯滤波器对元件值的要求比较宽松．在常用元件中很容易找到。２系统整体框图１．２存储嚣模块——采用洲存储数据是开放的，也就是说只要存在与路由器的物理连接。任何路由器都可以成为该路由器的邻居。而邻居关系的建立往往是后续攻击的必经阶段。由于组播路由表不能有效地聚合。当路由项足够多时，就会产生严重的问题。现代路由器一般采用硬件转发组播流量．特别是高性能路由器采用网络处理器实现组播流量转发。因此．组播转发表的大小将直接影响到组播流量的硬件转发性能。然而。硬件组播转发表的容量有限，不可能容纳太多的组播转发项。当组播路由项超过硬件转发表的极限时。网络处理器就会按照规则丢弃部分转发项。４总结（２）路由器通过该邻居将新的路由信息“注入”到组播网络中．如向其发送ＰＩＭＪｏｉｎ报文。（３）刻意制造Ａｓｓｅｒｔ报文，路由器可以参与该网段上的转发者选举过程。而一旦成为该网段的转发者．该路由器就可以实施很多种攻击．如截断流量、篡改数据报文等攻击。（４）在ＰＩＭ—ＳＭ协议中。第一跳阳Ｒ的报文处理流程比较复杂。当有大量的组播报文需要处理时．低效的处理方式将降低系统的可靠性。（５）可将路由器配置成为候选ＢＳＲ或者候选ＲＰ。从而可以参与ＢＳＲ选举和ＲＰ选举。３．４组播的特性使得它成为ＤＩ）ｏＳ攻击的一种主要技术手段，一旦利用组播技术进行ＤＤｏＳ攻击．其破坏性特别大。分析和总结了目前常见的组播路由协议的安全性缺陷。剖析了导致该类安全性缺陷的根本原因。为进行组播路由安全协议设计奠定了基础。参考文献：ＭＳＤＰ协议的安全威胁每当组播城内有一个组播源发送第一个组播数据报［Ｉ】蒋东星．郑少仁．ＩＰ网络组播技术的新发展［Ｊ】．电信科学．２００３（９）：９－１３．文，该域内的ＭＳＤＰ对等体将产生新的ＳＡ消息。攻击者可以根据ＭＳＤＰ协议的这个特性。向大量不同的组播组地址发送组播数据，从而让其域内的ＭＳＤＰ对等体产生大量的ＳＡ消息。３．５［２］郑健平．互联网的ＩＰ组播与泛播通信机制研究［Ｄ］．中国科学院研究生院．２００４（１２）：１—２．［３】李宏玉．纽播拥塞控制技术研究［Ｄ］．大庆石油学院．２００５（３）：８－９．ＭＢＧＰ协议的安全威胁ＢＧＰ协议本身存在着诸多安全威胁．而作为ＢＧＰ的扩展，ＭＢＧＰ协议也没有能够克服这些安全问题。３．６组播路由转发机制的安全威胁［４】杨明军．新一代互联网组播路由安全主动测试技术研究［０］．国防科技大学．２００５（１１）：２８－３０．．４２面万方数据——斟砸论坛·２００９年■８期（下）——键盘出！——１＿夏单，；机衄拆嚣剐划匝网堕＿一地址奇存器下上～．二酗一掣一．㈨删嘴悟一～幕准源低遥滤波器图１系统整体框图如图１所示为系统实现的整体框图。系统以单片机为系统的控制中心，控制功能选择和结果显示，ＣＰＬＤ在单片机的控制下，利用ＤＤＳ技术进行直接频率合成．系统初始化后对按键进行判断从而根据设定选择相应的功能执行。在更改输出波形频率时，根据输入产生相应的频率控制字送到ＣＰＬＤ中。控制输出频率值。ＣＰＬＤ的输出作为双口ＲＡＭ的读取地址。选取波形数据经ＤＡ转化输出。同时，单片机控制第一级ＤＡ输出直流电压作为第二级ＤＡ的基准源．控制输出波形的幅值。经过四阶巴特沃兹滤波器进行圈３系统整体连接圈平滑滤波得到波形。３理论分析、计算输出波形的频率及分辨率设参考频率源（晶振）的频率为缸，采用计数容量为２Ｎ的相位累加器（Ｎ为相位累加器的位数），频率控制字为Ｍ位．则：ＤＤＳ系统输出信号的频率为：ｏ．净ｘＭ，频率分辨率为：△ｆ＝簪圈４漉程图据是否正确。６．３测试数据结果分析圈２后级滤波电路圈此处我们选择的为４Ｍ的晶振．频率控制字为２４位，相位累加器为２４为。从理论上分析，由抽样定理可知，在不出现失真的情况下，步进最大可取２”－Ｉ＝２嚣，最小为１，则：输出频率为：测试结果表明：ＣＰＬＤ、ＬＣＤ、及键盘的功能符合预期要求，显示波形正确，证明双口ＲＡＭ的存储数据正确。７小结ｆ。歹４Ｍ×２２３＝２Ｍｆａ．ｆ婴ｘ１。０．２３８ｔ拼百×１４·频率分辨率为：Ａｆ＝尝一ｏ．２３８４单元模块电路设计４．１系统最终可输出正弦波、方波、三角波三种常规波形，输出波形不失真频率范围为Ｏ．５Ｈｚ一２００ＫＨｚ，幅度可调范围为０，１０Ｖ。达到设计要求，且人机交互界面增加了系统的实用性与灵活性。理论分析中。输出最高频率可达到２ＭＨｚ，但如果做到２ＭＨｚ．波形失真比较严重。这是因为做到２ＭＨｚ时，每个周期只取了两个点。这样恢复的信号失真度自然很大。若每个周期取三个点。即将最高频率做到１．３３ＭＨｚ。这样出来的效果则较完美。实际上．实验中我们将最高频率做到了１．５ＭＨｚ左右．即每个周期取２．６７个点，此时的波形已是很好的正弦后级滤波模块的设计如图２所示为后级低通滤波电路。该电路为四阶巴特沃斯低通滤波器。截止频率为２０８ｋＨｚ下降速度快。用此电路对ＤＡ转化出的阶梯波进行平滑滤波。得到光滑的波形。４．２系统整体实现电路如图３所示为系统的实现电路图。图中有各个元件的连接方法。５程序流程图波。若系统中用ＤＡＣ０８３２代替ＤＡＣ０８００，由于ＤＡＣ０８３２本身具有所存能力，所以无需再用７４ＬＳ５７３，电路可简化。在实验中。锯齿波和方波都有向下的毛刺．且难以滤除。此时可采取用高速的ＡＤ８１１代替ＬＭ３５６．则可有效滤除这些毛刺。参考文献：如图４所示为软件设计流程图。图中清晰地写出了各种情况下对应的操作。按照此图的流程，写出对应的软件。６系统功能测试６．Ｉ系统测试仪器ＴｅｋｔｒｏｎｉｘＴＤＳ１００２双信道数字示波器ＳＧｌ７３ＳＢ３直流稳压稳流电源［１］李华．孙晓民．孝红青．ＭＣＳ～５１系列单片机实用接口技术［Ｍ］．北京航空航天大学出版社．１９９３．［２］黄根春．陈小桥．张望先．电子设计教程［Ｈ］．电子工业出版社．２００７．ＳＧｌ０４０数字合成信号发生器ＤＴ９２０５Ａ数字万用表。６．２测试方法将数据烧到ＣＰＬＤ中，通过双口ＲＡＭ的输入判断ＣＰＬＤ的好坏：通过Ｗｖ软件的观察窗判断双口ＲＡＭ的数——斛ｍ论丘·２００９年第８期（下）——玉盟．万方数据基于DDS的信号源的设计

作者：作者单位：刊名：英文刊名：年，卷(期)：被引用次数：

罗怡， 李朋朋， 马玖凯

武汉大学电子信息学院,湖北·武汉,430079科协论坛（下半月）

SCIENCE & TECHNOLOGY ASSOCIATION FORUM2009，\"\"(8)1次

1.李华.孙晓民.李红青 MCS-51系列单片机实用接口技术 19932.黄根春.陈小桥.张望先 电子设计教程 2007

1.会议论文 陈威 基于CPLD的数字调制解调的实现 2005

早期的调频方法为利用受矩形脉冲序列控制的开关电路对利用振荡器和锁相环产生模拟的两个不同频率的正弦载波源进行选通.而DDs方式则是利用不同的频率控制字产生不同频率或相位或幅度的正弦波形,使其在产生载波信号的同时,完成各种调制.而CPLD具有门利用率高、速度快、可实现性强等特点,以其更高性能、更高密度、更低功耗和更低成本的优势,在系统设计中占有越来越重要的地位.本文着重介绍了利用DDs技术在cPLD芯片上实现数字信号的FSK数字调制解调方案.

2.期刊论文 刘成尧.王小海.祁才君 基于CPLD集成芯片FLEX6016实现DDS技术的任意波形发生器的研制 -电测与仪表2003,40(4)

讨论了DDS技术的基本组成结构、工作原理和特点,并给出对DDS技术相关的频谱杂散性改善方法,介绍了FLEX6016器件,并详细讨论了FLEX6016器件在DDS技术实现时具体应用中所涉及的问题.

3.学位论文 双琳娜 数字波形发生器及波形库设计 2003

该毕业设计论文在对雷达信号理论分析的基础上,产生了雷达信号波形,建立了雷达波形库.波形库中既包含了传统的雷达波形,如单载频脉冲信号、LFM、编码信号等,又包括了复合调制波形,如FSK/PSK信号、FSK/PPM信号、PSK/PPM信号、伪随机FSK/PSK信号等.采用VC编程实现,使其具有友好的人机界面和灵活的控制操作.基于DDS技术的数字波形发生器具有频率分辨率高、稳定性好、可灵活产生多种信号的优点.将DDS技术与可编程逻辑器件(CPLD)的高速高可靠性相结合,能有效的突破传统电子系统中的许多设计瓶颈,使系统性能大幅度提高,且能改善数字波形发生器的基带信号带宽,实现电路的高度集成化.文中设计了一种基于DDS技术的数字波形发生器,并在此基础上采用CPLD技术来进行硬件设计研究,对电路的数字部分进行了分步设计以及功能仿真和波形仿真.

4.期刊论文 雷能芳.苏变玲.LEI Neng-fang.SU Bian-ling 基于DDS技术的数字移相正弦信号发生器的CPLD设计与仿真 -科学技术与工程2009,9(4)

随着现代电子测量技术的发展,能够产生各种波形信号的数字式信号发生器的应用越来越广泛.介绍了一种基于DDS技术的双通道数字式移相信号发生器的设计方法,该信号发生器以CPLD为核心,以VHDL为描述语言,并通过QuartusⅡ软件对设计进行了仿真,验证了设计的正确性.模块中的相位累加器使该系统具有较高的频率分辨率,可实现快速频率切换,有广泛的应用价值.

5.学位论文 潘勇先 基于DDS技术的雷达波形发生器的研究 2004

该文主要介绍和分析了雷达的波形产生技术及其工程实现方法.首先论述了雷达信号波形设计的理论基础,包括雷达信号检测与参量估计、模糊函数与分辨理论、大时带积与脉冲压缩技术等几个方面,给出了在雷达信号处理中一些广泛应用的重要结论,为该文的研究工作提供必要的理论依据.分析了LFM矩形脉冲信号的数学表达式.其次结合AD98介绍了直接数字频率合成(DDS)的工作原理和应用,然后从频谱分析角度研究了DDS的输出频谱.结合某雷达信号处理系统的研制,介绍采用通过DSP和CPLD控制DDS的方式来产生多种雷达信号波形.介绍了它们的产生方法,并给出了软、硬件实现方案.该方案具有结构简单、体积小、能灵活改变波形参数等优点,并且已经成功应用于某型雷达,在工程实践中取得了良好的效果.

6.期刊论文 张庆荣.刘强.庞亚宏.ZHANG Qing-rong.LIU Qiang.PANG Ya-hong 基于CPLD实现的DDS技术在高频电刀上的应用 -医疗卫生装备2007,28(1)

在复杂可编程逻辑器件(CPLD)上,用硬件语言实现了直接数字频率合成(DDS)技术.单片机通过程序由输入输出端口对CPLD进行控制,使之产生控制功率模块所需要的波形信号,通过高压隔离系统控制功率模块,驱动输出变压器,产生高频电刀的高频高压输出.该系统具有频率稳定性好,修改方便灵活等特点.CPLD的硬线逻辑通过Verilog HDL进行描述,单片机的固件通过Keil C51编写.通过代码实例和原理示意图对该系统的软硬件设计进行了详细论述.

7.学位论文 刘静宜 基于VXI总线的任意波形发生器的研究 2002

该文在全面分析虚拟仪器技术和任意波形发生器技术发展现状的基础上，对VXI总线任意波形发生器进行了研究，给出了采用VXI总线寄存器基接口、应用DDS(DirectedDigitalSynthesis)技术的VXI总线任意波形发生器的设计原理和实现方法，设计并研制了VXI总线任意波形发生器.实验研究表明，该文给出的VXI总线任意波形发生器原理方案正确、可行，所设计的VXI总线寄存器基接口，符合VXI总线技术规范要求，具有通用性;所研制的VXI总线任意波形发生器能够产生各种标准波形和用户定义的任意波形，能够实现调频、调幅、调相等功能.

8.期刊论文 刘雁飞.赫建国.郑燕 一种基于DDS技术的信号源及其CPLD实现 -西安邮电学院学报2005,10(1)

基于DDS技术设计了一种具有调频和调相能力的任意波形信号产生器,并应用ALTERA EPM7256可编程逻辑器件、AT28C FLASH器件、TLC7528D/A转换器以及外围控制器件予以实现.实测结果表明,本文所讨论的方法和研制的系统是可行的、有效的.

9.学位论文 郭卫栋 基于嵌入式和DDS技术水处理用任意波形发生器的设计 2008

课题来源于国家自然科学基金资助项目：超声水处理反应器参数优化及机理研究(项目批准号：10574038)。水处理基础研究要求超声信号源波形可任意产生，频率、功率方便可调。通常的信号发生器难以满足要求，市场上出售的进口任意信号发生器(AWG)价格昂贵。结合实际需要，本文把嵌入式技术、直接数字频率合成(DDS)技术、复杂可编程逻辑器件(CPLD)应用到任意波形发生器的设计中，解决了任意波形发生器价格昂贵，可扩展性难的问题。本设计可以作为声化学反应器的小信号部分，并且由于任意波形发生器产生的波形形状、频率可以任意调整，所以对于声化学反应器的参数调整极其方便。

论文首先介绍了任意波形发生器的研究现状，指出了其中存在的问题，接着介绍了DDS技术的原理，分析了DDS技术的特点，结合CPLD和嵌入式技术，设计了基于嵌入式和CPLD技术的任意波形发生器。论文阐述了系统的总体设计，硬件部分、软件部分等，硬件部分介绍了波形生成部分和控制部分器件选择的原因和硬件电路的设计，着重介绍了新一代CPLD——MAX Ⅱ和嵌入式微处理器LPC2131，软件部分介绍了嵌入式系统μC/OS-Ⅱ的移植和多任务的划分和通信，并说明了主要几个任务的程序流程。

系统具有手写输入、上位机输入、键盘输入、模拟信号采集四种输入方式，可以存储8种任意波形，信号频率范围为1-100kHz，系统具有良好的操作界面，并且具有掉电保护功能，又由于使用了嵌入式操作系统，便于系统的扩展。

10.期刊论文 吴桂清.莫云.张峰铭.WU Guiqing.MO Yun.ZHANG Fengming 基于DDS技术的多路高精度信号源设计 -世界科技研究与发展2010,32(3)

本系统以DSP2812和CPLD相结合,采用DDS(DDFS,直接频率数字频率合成)技术设计的多路高精度信号源,它可以根据用户设定的电流、电压参数,实现12路模拟量的输出.其模拟量的基本波形为:正弦波、三角波、方波和用户自定义的波形,同时可根据需要实现20次以内任意次谐波的迭加.

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下载时间：2010年11月13日