DDS技术在任意波形发生器中的应用——2001年全国大学生电子设计竞赛一等奖作品

"这篇文档是关于2001年全国大学生电子设计竞赛一等奖项目——基于DDS（Direct Digital Synthesis）技术的任意波形发生器的设计报告。该项目由北京航空航天大学电子工程系的学生团队完成，成员包括绦彬、谭征、袁蕾和杨晖。这个设备的主要目标是设计一个能够生成任意波形并具有幅度控制功能的波形发生器，以满足竞赛题目所设定的功能指标。" 在DDS技术中，波形发生器通常由以下几个关键模块组成： 1. 波形表生成：这部分通过单片机控制双口RAM中的波形数据，这些数据对应于所需生成波形的各个采样点。通过改变存储在RAM中的波形数据，可以实现不同波形的生成。 2. 频率控制：频率控制字由单片机生成并发送给FPGA，FPGA据此调整DDS的相位累加器，从而改变输出信号的频率。这种快速的频率变化能力是DDS技术的核心优势。 3. 数模转换：采用了DAC0832作为D/A转换器，将数字信号转化为模拟信号。在方案1中，通过单片机控制DAC0832的输出电流，进而调整波形幅度。而在方案3中，DA832的内部电阻分压网络被用作幅度控制器，提供更精细的幅度控制。 4. 幅度控制：除了方案1的直接控制方式，还考虑了采用数控电位器组成的电阻分压网络，但由于限制未能实现。最终选择了DA832的内部电阻分压网络，通过简单的电阻分压网络调整运放输出，实现0到5V的峰-峰值调整，并以0.1V为步进进行控制。 5. 液晶显示：用于显示当前的波形参数，如频率、幅度等，方便用户操作和监控。 6. 滤波：为了提升波形质量，设计中采用了二阶巴特沃兹低通滤波器，以去除波形生成和数模转换过程中产生的高频噪声和毛刺，确保输出波形的纯净度。 7. 功率输出：最后通过晶体管扩流电路增强输出波形的驱动能力，以满足负载需求，实现任意波形的稳定输出。 对比其他方案，DDS技术的优势在于其快速的频率切换能力、低相位噪声以及较高的工作频率。然而，传统DDS系统可能由于复杂的硬件结构、较高的成本和可能的杂散分量问题，导致体积庞大、成本高昂且不易达到高的频谱纯度。因此，设计团队选择了一种更为优化的方案，通过结合数字和模拟电路，实现了满足竞赛要求的高性能任意波形发生器。