电力电子应用技术的MATLAB仿真 林飞杜欣
pdf，学习现代电力电子技术搭仿真很好用的一本教材，适合初学者及有一定研究需求的人使用电力电子四用技市的林飞杜欣编著MATLAID真忄用电力出照www.cepp.com.gh内容提要为了满足电力电子专业及其相关领域人员对计算机仿真知识的需求,使其掌握当前先进的计算机仿真工具,特编写本书。本书首先介绍了 MATLAB软件及其图形仿真界面 Simulink的基础应用知识,详细介绍了用于电力电子仿真的 SimPowerSystems中的各模块库,然后列举了DC-DC变换、DC-AC变换、AC-DC变换、直流调速、父流调速等方面的应用。全书通过大量实例介绍了电力电子应用技术的仿真方法和技巧。本书适用于高等学校电力电子专业及其相关专业的教材,也可供相关专业的工程技术人员学习和参考图书在版编目(CP)数据电力电子应用技术的 MATLAB仿真/林飞,杜欣编著.一北京:中国电力出版社,2008ISBN978-7-5083-7953-1I.电…Ⅱ.①林…②杜…Ⅲ.电力电子学-系统仿真-软件包, MATLABⅣ.TM1中国版本图书馆CIP数据核字(200)第153247号责任编辑:孙芳责任校对;王开云责任印制:郭华清书名:电力电子应用技术的 MATLAB仿真主编;林飞杜欣出版发行:中国电力出版社地址:北京市三里河路6号邮政编码:100044电话:(010)68362602传真:(010)68316497印刷:航远印刷有限公司开本尺寸:185mmx260mm印张:19字数:476千宇书号:ISBN978-7-5083-7953-1版次:209年1月北京第1版印次:2009年1月第1次印刷印数:0001-3000册定价:3200元敬告读者本书封面贴有防伪标签,加热后中心图案消失本书如有印装质量问题,我社发行部负退换版权专有翻印必究前言电力电子应用技术综合了微电子、电路、电机学、自动控制等多学科知识,是电能变换与控制的核心技术,在工业、能源、交通、国防等各个领域发挥着越来越重要的作用然而,由于电力电子器件所固的非线性特性,使得对电力电子电路及系统的分析十分困难。现代计算机仿真技术通过在计算机平台上模拟实际的物理系统,为电力电子电路及系统的分析提供了有效的方法,大大简化了电力电子和传动系统的分析与设计过程,成为相关专业学生和工程技术人员学习和研究电力电子应用技术的重要手段。计算机仿真需要用数学模型代替实际的电力电子装置,通过数值方法求解数学方程,获得电力电子电路及系统中各状态变量的运动规律。但是,复杂的数学建模、数值计算及编程过程仍然需要耗费巨大的工作量,阻碍了计算机仿真技术在工程中的应用为此,出现了 PSPICE、 SABER、 MATLAB等适用于电力电子电路及系统仿真的专用仿真软件。这些软件将各种功能子程序模块化,提供了完善的部件模型,用户只需简单的操作便可完成给定系统的仿真模型,成为广大学生和工程技术人员在学习、科研和开发过程中的必备丁具早期的 MATLAB软件主要用于数值计算及控制系统的仿真和分析,经过多年不断地扩展,目前涉及通信、信号处理、电气工程、人工智能等诸多领域,已经成为风靡全球的科学讣算软件。 MATLAB中提供的“ SimPowerSystems”,是进行电力电子系统仿真的理想工具与 PSPICE和 SABER等仿真软件进行器件级别的仿真分析不同, SimPowerSystems中的模型更加关注器件的外特性,易于与控制系统相连接。 SimPowerSystems模型库屮包含常用的电源模块、电力电子器件模块、电杋模型以及相应的驱动模玦、控制和测量模块,使用这些模块进行电力电子电路系统、电力系统、电力传动等的仿真,能够简化编程工作,以直观易用的图形方式对电气系统进行模型描述。本书正是基于该软件,向读者详细介绍电力电子应用技术的仿真方法和技巧本书可以分为两大部分:前三章属于基础知识部分,介绍了 MATLAB、 Simulink及SimPowerSystems的基木使用方法;后六章属于应用部分,分别从DCDC、DCAC、ACDC直流调速、交流调速及其他应用等六个方面介绍了相关的基础理论及仿息方法。本书力求浅显易懂,通过实例介绍仿真软件的使用方法,引导读者灵活应用书中的知识,从而进步实现自己的应用目标本书体现了如下特点:(1)内容新颖,结合目前最新版本的 MATLAB R2008a进行介绍(2)编排合理,筒单介绍电力电子应用技术的基础理论,并在此基础上详细描述了仿真模型的建立、设置、运行及分析过程。(3)通过大量实例使读者易于掌握仿真软件的使用方法本书编写过程中,林飞、杜欣确定了本书的编写大纲。第1、2、6、7章由杜欣、黄少芳撰写;第3、4章由冉旺、林飞撰写;第5、8、9章由林飞揆写。林飞负责全书的统校和审定工作。感谢研究生马亮、赵坤、盛彩飞、黄泳均、李明娟等同学,为本书提供了相关的仿真实例。编写过程中,本书参阅了许多国内外论文、论著,主要的都已列举于参考文献部分,在此向所有作者们表示深深的谢意!北京交通大学电气工程学院暨电力电子研究所为本书的出版给予了极大的支持,作者的家人、朋友和同事都以不同的方式为本书的出版给予了关怀与帮助,在此一并表示感谢!由于本书涉及范围广,作者学识有限,加之时间仓促,难免会有疏漏或不当之处,恳请读者批评指正编者2008年8月于北京交通大学目解录前吉第1章 MATLAB基础知识11 MATLAB简介……12 MATLAB环境………………213 MATLAB基本应用…1.31数据结构1.32数值运算1413.3程序设计基砷……………17134 MATLAB的基本绘图21第2章 Simulink环境和模型库…2521系统仿真( Simulink)环境………………………………………………2521.1 Simulink工作环境…………导要………25212 Simulink的基本操作29213创建 Simulink仿真模型……322.1.4创建 Simulink仿真模型的子系统……………………3922认识 Simulink的重要模块库23S-函数的设计方法◆中中·卧。省●52第3章 SimpowerSystems模型库……………………593. 1 SimPowerSystems模型厍概述5931.1 SimPowerSystems模型库简介……312 SimPowerSystems模型库内容………6032电源库a.曲自血A自品品自B看品自自省曲会·DD68321直流电压源………68322交流电压源……68323三相可编程电压源曲看。甲甲鲁即■P●。·群甲甲一一33元器件厍3.31断路器…703.3.2串联RIC支路…看D■自1萝看p山71333变压器………7334电机库…7535电力电子库3.5.1绝缘栅双极型品体管…………79352二极管80353通用桥式电路8136应用库37其他模块库3.71控制模块………833.72测量模块……………………8638图形用户界面…86381调用方法…………………8638.2属性参数对话框…383 Steady State Voltages and Currents窗口…88384 Initial States Setting窗口89385 Load Flow and machine initialization窗口●口q●看中D甲看甲要·鲁要导●38.6 Link to the lti viewer窗口…pD●看●罪香■44命甲甲甲p即命●■命自杳命命自■……90387 Impedance vs. Frequency Measurement窗口…38.8快速傅里叶分析工具窗口…··甲··副帝·新看·耳自389磁滞设置工具窗口鲁Dp,鲁d●看罪中甲d中中垂命卡备…9239应用举例……………93第4章DC-DC电路的仿真……………………………94.1降压(Buck)变换器…4,2升压( Boost)变换器………鲁鲁寸聊,年■即甲卧命申4■中■■10643升降压(Buck- Boost)变换器11444丘克(Cuk)变换器c看翻曾普晋4曹曾自看动11945带隔离变压器的DCDC变换器………………………12241单端正激变换器( Forward Converter)……………………………………123452单端反激变换器( Flyback Converter)…124第5章DC-AC电路的仿真====12951方波逆变电路…………………………………………12951单相方波逆变电路1295112三相方波逆变电路……………13252单相PwM逆变电路…………着m·d音即自费目即自唱组省……………………………136521双极性SPwM……136522单极性SPWM…142523倍频SPWM53三相PwM逆变电路………………………………148531SPWM逆变电路直中●命吾即甲是中532死区时间的影响151533电流跟踪PwM自斯甲要即量p自日日qq自·d电………………154534空间矢量PWM…………………………15854多电平逆变电路……………162第6章AC-DC电路的彷真……1686.1电容滤波的不可控整流电路……咖卡自冒甲看■1非168611电容滤波的单相不可控整流电路1686.12电容滤波的三相不可控整流电路如l萨m罪62单相有源功率因数校正电路仿真……………………………………18063桥式相控整流电路……187631单相桥式全控整流电路……18763.2三相桥式全控整流电路64PWM整流电路200第7章直流调速系统的仿真………2087.1晶闸管开环直流调速系统仿真……………………2087.2转速单闭环直流调速系统仿真…117.3带电流截止负反馈的无静差转速负反馈调速系统2157.4转速电流双闭环直流调速系统仿真…217第8章交流调速系统的仿真4…………2228.1异步电机的恒压频比控制…………………………………………22281.1异步电机的稳态数学模型…22281.2基于稳态模型的恒压频比控制●非自垂自自自自自自自日非自·非阜自自dD自P章自自·D。●·Dd自……22682异步电机的矢量控制230821坐标变换与异步电机的动态模型230822转子磁场定向矢量控制……………………………………23583异步电机的直接转矩控制…………2468.31直接转矩控制基本原理………2468.3,2直接转矩控制系统…………24784永磁同步电机矢量控制2528.5无刷直流电机控制···本.4.非命自4··自自命单….·255第9章其他应用…………--26191镍氢电池模型………26192配网静止同步补偿器269,3有源电力滤波器…………D音2739.4Ⅴ SC-HVDO……………………………………………………27895混合动力汽车28496双馈风力发电系统…289参考文献中;,p日。自e非自单日q日a;日p卡日p·即甲甲是号早举可中4自司◆……295MATLAB基础知识MATLAB软件语言系统是当今流行的第四代计算机语言,由于它在科学计算、数据分析、系统建模与仿真螅、图形图像处理、网络控制、自动控制、通信系统、DSP处理系统、航天航空、生物医学、财务、电子商务等不同领域的广泛应用以及自身的独特优势,目前 MATLAB受到各研究领域的推崇和关注。学习一种软件,首先需要了解它的特点、使用环境、最基本的使用方法和重要的操作技巧。本章的日的在于使 MATLAB软件的初学者,能够借助本章的学习,为深入理解后续章节的内容,奠定必要的知识与方法基础。11 MATLAB简介1980年,美国的 Cleve moler博士在新墨西哥大学讲授线性代数课程时,发现采用高级语言编程极为不便,于是建立了 MATLAB( Matrix Laboralory的缩写),即矩阵实验室,早期开发 MATLAB软件是为了帮助学校的老师和学生更好地授课和学习。1984年,由美国MathWorks公司推出了商业版,经过二十余年的不断升级,目前 MATLAB最新版本为 MATLABR2008a。由于使用 MATLAB编程运算与进行科学计算的思路和表达方式完全一致,所以不像学习Basic、 Fortran和C语言等其他高级语言那样难以掌握,用 MATLAB编写程序犹如在演算纸上排列出公式与求解问题。在这个环境下,对所要求解的问题,用户只需简单地列出数学表达式,其结果便会由 MATLAB以数值或图形方式显示出来。从 MATLAB诞生开始,由于其高度的集成性和应用的方便性,以及它能非常快捷地实现科研人员的设想并节省科研时间,在高校中得到了广泛的应用与推广。它可以很方便地进行图形化输入输出,同时还具有丰富的函数库(工具箱),极易实现各种不同专业的科学计算功能。另外, MATLAB和其他高级语言也具有良好的接口,可以方便地与其他语言实现混合编程,这都进一步拓宽了它的应用范围和使用领域。在各大高等院校, MATLAB软件正在成为对数值、线性代数以及其他一些高等应用数学课程进行辅助教学的有力工具;在工程技术界, MATLAB软件也被用来构建与分析一些实际课题的数学模型,其典型的应用包括数值计算、算法预设计与骑证,以及一些特殊矩阵的计算应用,如统计、图像处理、自动控制理论、数字信号处理、系统识别和神经网络等。它包括了被称作工具箱( Toolbox)的各类应用问题的求解工具。工具箱实际上是对 MATLAB软件进行扩展应用的一系列 MATLAB函数(称为M函数文件),它可用来求解许多学科门类的数据处理与分析问题
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基于FPGA的任意波形发生器的研究与设计详细说明文档
非常详细的资料，介绍了FPGA的DDS技术，文档内有verilog的源代码，可以直接使用，非常适合初学者，快点下载吧。ABSTRACTWith the rapid development of science and technology, electronic measurementtechnique has been widely used in each field such as electronics, machinery, medical,measurement and space. The electronic measurement technology needs to use variousforms of high quality source. So arbitrary waveform generator has very importantpractical significance. The development of arbitrary waveform generator, which basedon Direct Digital Synthesis is discussed in this paper. The generator can produce notonly the conventional waveform such as sine wave, square, triangle wave andsawtooth wave, but the arbitrary waveform, thus this can meet the need of the studyThe work of this paper is as follows:( 1) The domestic and overseas status about the arbitrary waveform generator arediscussed. Clarify the various ways of this synthesis technology of frequency andtechnical comparison, and direct digital frequency synthesis technology is selected toresearch(2)Introduce the hardware design in this system structure and the realization offunction, and a detailed description is given about system components. The singlechip microcomputer is chosen as control module, we use FPga as the coretechnology to realize DDs. The periphery of the circuit design and interfacetechnology is analyzed(3) This paper analyses the working principle, characteristics and technical indexesof the DDS. The design is based on EP1C3T144C8 FPGA chips. Realize DDSfunction through the use of phase accumulator and waveform RoM, and apply enablemodule and the determinant keyboard to present the flexible output of variouswaveform(4) The system test data is given. The reason caused by stray and noise influencingthe spectral purity is analyzedKEY WORDS: Electronic measurement; arbitrary waveform generator; DDS; SCM; FPGA华南师范大学学位论文原创性声明本人郑重声明:所呈交的学位论文,是本人在导师的指导下,独立进行研究作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外,本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体,均已在文中以明确的方式标明。本人完全意识到此声明的法律结果由本人承担。论文作者签名:日期:29年6月5日学位论文使用授权声明本人完全了解华南师范大学有关收集、保留和使用学位论文的规定,即:研究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权单位属华南师范大学。学校有权保留并向国家主管部门或其指定机构送交论文的电子版和纸质版,允许学位论文被检索、查阅和借阅。学校可以公布学位论文的全部或部分内容,可以允许采用影印、缩印、数字化或其他复制手段保存、汇编学位论文。(保密的论文在解密后遵守此规定)保密论文注释:本学位论文属于保密范围,在年后解密适用本授权书。非保密论文注释:本学位论文不属于保密范围,适用本授权书论文作者签名:导师签名+1期:10年6月5日日期:22)年b月S日第一章绪论本章主要介绍任意波形发生器的研究意义,以及发展的概况与趋势,并介绍本设计所需要做的软硬件工作,提出设计需要实现的目标。11任意波形发生器的研究意义任意波形发生器( Arbitrary Waveform Generator,AWG)实际上是一种多波型的信号发生器,它不仅能产生正弦波、方波、三角波、斜波和指数波等常规波形,也可以表现出载波调制的多样化,如:产生调频、调幅、调相和脉冲调制等。更可以通过计算机软件实现波形的编辑,从而生成用户所需要的各种任意波形,来满足各种实验研究的需要随着科学技术的飞速发展,电子测量技术被广泛应用在电子、机械、医疗、测控及航天等各个领域。许多电子系统,甚至电子器件只有在一定的电信号作用下,其性能才能显露出来。另一方面,一些电器设备在研究和生产过程中也少不了信号源,它们借助信号源通过测量来鉴定其性能的优劣。所以许多现代电子设备和系统的功能如何,都直接的取决于信号源质量的高低,如何产生高稳定度、高准确度的信号是任意波形发生器研制的关键。因此,信号发生器的表现就至关重要。我国的电子测量技术起步较晚,虽然在一些领域也取得了许多突破性进展,但是与世界先进水平相比,仍然存在着很大的差距。因此提高国内电子测量仪器的研制水平,加强核心技术的研发,对我国电子测量技术的发展,有着非常重要的意义。12任意波形发生器的发展概况最早的信号发生器主要采用RC构成振荡电路。如1928年美国先后生产出的调幅信号发生器与调频信号发生器。20世纪40年代许多国家已经开始研究脉冲信号发生器。1962年美国 Wavetek公司在RC电路的基础上,又推出了函数发生器产品。在60年代初,起源于通信领域的频率合成技术也引用到信号源上,出现了合成信号发生器。自80年代以来人们又将微机技术引入信号源,出现了任意波形发生器。早期的信号发生器主要采用模拟电子技术,电路结构复杂,工艺不够成熟,因此存在着如:漂移较大,输岀波形的幅度稳定性差,模拟器件构成的电路尺寸大、价格贵、功耗大等缺点。80年代以后,现代电子、计算机和信号处理等技术的发展,极大的促进了数字化技术在电子测量仪器的应用。高集成化微处理器的出现,增大了更复杂波形产生与波形稳定的操控性。这时期的波形发生器多以软件为主,实质是采用微处理器对DAC的程序控制,从而得到各种所需波形。任意波形发生器的实现方案主要有程序控制输出、DMA输出、可变时钟计数器寻址和直接数字频率合成等多种方式2。目前任意波形发生器的研制主要基于DDS(直接数字频率合成)技术,与传统的频率合成器相比,DDS具有低成本、低功耗、高分辨率和快速转换时间等优点,广泛使用在通信、测量与电子仪器领域,是实现设备全数字化的一个关键技术。近20年发展迅速,因此许多国家都在进行DDS专用芯片的研制。其中AD公司较为突出,如常见的AD9852、AD9858等产品,现在又推出了性能更强大的AD9952、AD9958、AD9912。其中AD9912包含可提供谐波杂散抑制的辅助低功耗DDS内核,以及48位频率调谐字和内置比较器,具有1GSPS内部时钟速率和高达400MHz直接输出。基于DDS技术的任意波形发生器的发展也同步进行,目前的任意波形发生器的产品结构形式主要有三种:独立仪器结构形式、PC总线插卡式和VⅪI模块式。近几年国际任意波形发生器技术主要发展,除了输出波形频率的提高和更方便的波形输入外,便是与ⅴX资源的结合。在测量和产生复杂的任意波形时,VXI系统资源在这些应用中具有较为明显的优势,尤其对自动测试系统(ATE特别有用。任意波形发生器在商业研发生产中,以 Agilent公司和 Tektronix公司最具有代表性,其任意波形发生器产品已经形成相当的市场占有率,并以优异的产品技术,引领着该领域的发展。如: Agilent公司的N6030A任意波形发生器,它拥有15位的垂直分辨率,125GS/s的采样频率,500MH的输出频率。 Tektronixκ公司更是于2008年推出了性能与速度更为优异的产品:AWG700。采样频率高达24GS/s,也可以做到96GHz有效RF频率输出。不仅如此,该产品还提供了高达10位的垂直分辨率:10位(无标记输出)或8位(带有两个标记输出);高达64M(64:80000点的记录长度,提供了更长的数据流;低至100f分辨率的边沿定时位移控制;16000步序列功能,创建无穷大波形循环、跳转和条件分支。能够生成高速串行信号、多电平信号、为存储设备测试生成信号、宽带RF信号。我国从90年代才开始研制任意波形发生器,比较有代表性的产品有北京普源精电科技有限公司生产的DG3121A,它拥有14位的垂直分辨率、300MSa/的采样率和120MHz的最高频率输出。它是业界第一个具备了数字逻辑输出功能的任意波形发生器。指标在国产的函数/任意波形发生器中处于优势地位,在同类产品中,具有最完备的通信接口,具备RS232,USB,GPIB,LAN。但比起同类产品 Agilent公司的33250A在脉冲频率和频率稳定度等方面还有很大差距。不过普源还是在技术长有不少的创新,比如研制出了业界首台混合信号任意波形发生器。北京凯弘仪器生产的基于DDS的函数发生器就很有特色,由于内置了衰减器,能够实现最小01mVpp的输出和00ldB的分辨率。总体而言,国产任意波形发生器自研制以来取得了巨大的进步,但是在最高采样率,最大输出频率、频率稳定度和准确度等指标上和世界先进水平还存在着较大的差距1.3发展趋势由于电子测量技术及其他部门对各类信号发生器的广泛需求及电子技术的迅速发展,促使信号发生器种类日益增多,性能日益提高,尤其随着70年代微处理器的出现,更促使信号发生器向着自动化、智能化方向发展。现在,许多信号发生器除了带有微处理器,因而具备了自校、自检、自动故障诊断和自动波形形成和修正等功能外,还带有IEE488或RS232总线,可以和控制计算机及其他测量仪器一起方便地构成自动测试系统。今后,任意波形发生器在较高的取样率,分辨率,记录长度和线性等方面功能会更强,任意波形发生器在射频和无线测试领域将会获得部分市场。当前信号发生器总的趋势是向着宽频率覆盖、高频率精度、多功能、多用途、自动化和智能方向发展14本文的主要工作硬件设计●电源模块电路的设计:各部件工作电压不同,有5V、3.3V、1.5V三种情况,因此须设计出满足各部件正常工作的电源模块。●单片机系统与接口电路设计单片机作为控制模块,实现与上位机信息传递与通信等各种功能,须设计出单片机的控制模块与相关接口电路●D/A转换与滤波电路的设计D/A转换器与滤波是整个电路的后续处理,D/A转换器实现波形的模拟输出、滤波器则选择合适的滤波器完成对信号的修整。●基于FPGA的DDS模块电路的设计FPGA实现DDS功能是整个设计的关键部分,根据相关原理,设计适合的逻辑图。●整机PCB板设计用 PROTEL DXP2004绘制电路板。软件使用●用Kei1C51对单片机传递信息在 Keil c51环境下,编写程序,完成计算机与单片机的通讯,Kei1提供了包括C编译器、宏汇编、连接器、库管理和一个功能强大的仿真调试器等在内的完整开发方案,通过一个集成开发环境(μ vision)将这些部份组合在起,为单片机的使用提供良好的平台。●在 QuartusⅡ下对FGA进行设计在该环境下,实现FPGA的DDS电路设计实现目标波形要求:常规波形(正弦波、方波,三角波等)、任意波形存储深度:1—1024个点幅度分辨率:8位输出频率范围:1Hz1MHz(固定波形)设计目标:不仅可以生成方波、三角波、正弦波等标准波形,而且还要可以生成用户所需要的任意波形,同时输出波形的频率和幅度均可编程控制。4第二章任意波形发生器的理论分析本章首先介绍了频率合成技术的相关情况,并对三种不同形式的频率合成技术进行分析。同时系统的阐述了DDS的基本组成结构、工作原理、工作特点与技术指标,为DDS的构建打下理论基础。21频率合成技术简介频率合成是指从一个高稳定的参考频率,经过各种技术处理,生成一系列稳定的频率输出。频率合成的概念就是由一个或几个参考频率通过一些转换,产生个或多个频率信号的过程。频率合成技术一般分为直接式(DS)、间接式(PLL)和直接数字式(DDS)三种基本形式。早期的频率合成采用直接式的方式,是由一个或多个晶体震荡器经分频、倍频、混频对一个或几个基准频率进行加、减、乘、除运算产生所需要的频率信号,并通过滤波器产出,这是最早的频率合成信号源的方法。目前该方法仍在使用,主要是因为它频率转换速度、相位噪声低,比较容易实现4。但是该方式涉及的合成器体积过于庞大,而且成本较高,结构复杂、产生任意波形的可控性较低间接合成式是基于锁相环的原理,即PLL。它与前者相比,输出频率的稳定度和准确度都有明显的提高,频谱纯度等性能也有较大改善。主要是因为信号源的振荡频率被固定在频率计数器的时基上,也就是说以稳定度高的振荡器为基准。因此,锁相环的输出频率就与基准频率一致,振荡器输出信号和参考信号之间的相位差为固定的常数,而且锁相环的突出优点是能够抑制叠加到输入信号上的噪声。这是直接式频率合成方法所不能达到的。PLL还有体积小、性价比较高等一系列优点。但是PLL技术也有明显的缺点,采取闭环控制,系统的输出频率改变后,重新达到稳定的时间也就比较长,一般为毫秒级,很难满足高频率分辨率与快速转换率同时具备的要求,因此也有明显瑕疵。直接数字频率合成技术从原理上实现了突破。前两种方法都是通过对基准频率进行运算得出,而DDS技术则是从相位的概念进行频率合成。它按一定的相位间隔,将待产生的波形幅度的二进制数据存储于高速存储器作为查找表,用参考频率源(一般为晶体振荡器)作为时钟,用频率控制字决定每次从查找表中取出波形数据的相位间隔,以产生不同的输出频率,对取出的波形数据通过高速D/A转换器来合成出存储在存储器内的波形。直接数字频率合成技术的主要优点是输出相位连续、相对带宽较大、频率分辨率很高、可编程、准确度和稳定度都比较高。DDS技术是利用查表法来产生波形,而通过修改存储在ROM里的数据,就可以产生任意波形。所以它不仅能产生正弦、余弦、方波、三角波和锯齿波等常见波形,而且还可以根据需要利用各种编辑手段,产生传统函数发生器所不能产生的真正意义上的任意波形。DDSDirect Digital Synthesis)的概念首先由美国学者 J.Tiemcy, C. M.Rader和B.Gold在1971年提出,但限于当时的技术和工艺水平,DDS技术仅仅限于理论研究,而没有应用到实际中去。近20年来,随着Ⅴ LSI( Very Large Scale Integration),FPGA( Field ProgrammableGates Array)以及DSP( Digital Signal Processing)的发展,这种结构独特的频率合成技术得到了飞速发展。目前该技术已经被广泛用于接收机本振、信号发生器、通信系统、雷达系统等相关领域中。22DDS的基本原理和工作特点22DDS的基本结构DDS( Direct Digital Synthesis技术设计思想是基于数值计算信号波形的抽样值来实现频率合成的。它包括数字器件与模拟器件两部分,主要有相位累加器ROM波形查询表、数模转换器组成。其基本框图如下。相位累加器波形RoMD/A转换器低通滤波器控制字K输出时钟图21DDS结构框图(1)相位累加器是DDS的核心部分。一般是由数字全加器和数字寄存器组成实现相位累加。如下图所示。N频率挖制字K加法器备存器时钟频率c图22相位累加器结构框图般DDS的累加器都釆用二进制,线性数字信号通过相位累加器实现逐级的累加。假设累加器字长为N,频率控制字为K,控制时钟频率为f,系统在同
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