CN105929889B - 波形的直接数字频率合成方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种波形的直接数字频率合成方法，包括将目标输出波形幅值归一化，并以离散点的形式存储在数据表中，并设定频率控制字、相位控制字和幅值控制字和同步控制字；对频率控制字累加并与相位控制字求和得到输出叠加值；输出叠加值的高位用于查表得到目标输出波形的离散幅值；输出叠加值的低位用于插值得到幅值归一化的目标输出波形；幅值控制字对幅值归一化的目标输出波形的幅值进行放大或缩小，得到最终的目标输出波形。本发明能够独立、同步地输出多通道的高分辨率波形信号，而且输出波形的频率范围极宽，频率、幅值和相位的分辨率极高。

Description

波形的直接数字频率合成方法
技术领域
本发明具体涉及一种波形的直接数字频率合成方法。
背景技术
目前，直接数字合成（DDS）技术是信号合成的主流技术之一；采用DDS技术合成的信号波形具有失真率低、频率调节分辨率高、合成波形的种类不受限制等优点，因此DDS技术近年来已经成为了信号合成的最主流技术之一。
DDS技术主要采用相位累加器和波形存储器，在工作时钟的驱动下相位累加器对频率控制字进行累加，并根据累加器输出值与相位控制字叠加后按照地址对波形存储器进行查表，从而得到输出波形的连续变化量。
随着电子技术的发展和控制精度要求的提升，对数字合成信号的精度提出了更高的要求，而且也要求能够同步输出多通道的数字信号。但是目前的DDS技术一直存在单通道输出、输出频率范围有限、而且输出波形的幅值、相位精度较低的问题，严重制约了DDS技术的推广和在高精度、多通道场合的应用。
发明内容
本发明的目的在于提供一种能够同步输出多通道的数字合成波形，而且输出波形频率较宽、相位和幅值精度都较高的波形的直接数字频率合成方法
本发明提供的这种波形的直接数字频率合成方法，包括如下步骤：
S1. 将目标输出波形的幅值归一化后，采用共N个离散点的形式存储在数据表中；其中N为正整数，N的取值越大，最终得到的目标输出波形就越准确；根据目标输出波形的频率、相位和幅值确定频率控制字、相位控制字和幅值控制字；设置同步控制字，用于确保输出波形按照相位控制字设置的相位输出；
S2. 依据同步控制字，采用X位的相位累加器对频率控制字进行累加，并将累加结果与相位控制字求和后得到X位的输出叠加值；其中X为正整数，X的取值越大，则最终得到的目标输出波形的精度越高；
S3. 以步骤S2得到的输出叠加值的高A位作为地址索引，对步骤S1得到的数据表进行查表得到目标输出波形的离散幅值；其中A必须满足：2A≥N；
S4. 以步骤S3得到的输出叠加值的低X-A位作为变量，对目标输出波形的离散幅值进行插值，得到幅值归一化的目标输出波形；
S5. 根据步骤S1设置的幅值控制字，对步骤S4得到的幅值归一化的目标输出波形的幅值进行放大或缩小，得到最终的目标输出波形。
步骤S1所述的N个离散点为1024个。
步骤S2所述的X位相位累加器为32位相位累加器。
步骤S3所述的A位地址索引为10位。
步骤S4所述的插值为线性插值。
所述的线性插值，为采用如下公式实现线性插值：
y=y0+x’*(y1-y0)
式中y为线性插值的计算结果，y0和y1为输出叠加值的高A位作为地址索引时两个相邻地址分别索引到的归一化的波形幅值；x’为输出叠加值的低X-A位的所有变量取值。
本发明采用多通道同步控制技术，以多位的相位累加器进行频率控制字累加，并将累加结果和相位控制字累加后分别就进行幅值索引和线性插值，最终通过幅值控制字对输出的波形进行幅值控制，从而保证了本发明方法能够独立、同步地输出多通道的高分辨率波形信号，而且输出波形的频率范围极宽，频率、幅值和相位的分辨率极高。
附图说明
图1为本发明的方法流程图。
图2为本发明的方法流程示意图。
具体实施方式
如图1所示为本发明的方法流程图，而图2为本发明的方法流程示意图；以下结合一个具体实施例，对本发明提供的这种波形的直接数字频率合成方法进行进一步说明。该实施例中，目标输出波形为正弦波，因此该实施例包括如下步骤：
S1. 将目标输出波形，即正弦波的幅值归一化后，采用共1024个离散点的形式存储在数据表中，即将正弦波的幅值归一化，然后将幅值归一化后的波形离散成为1024个点，并存储在数据表中；根据目标输出波形的频率、相位和幅值确定频率控制字、相位控制字和幅值控制字；并设置同步控制字，用于确保输出波形按照相位控制字设置的相位输出；
S2. 依据同步控制字，采用32位的相位累加器对频率控制字进行累加，并将累加结果与相位控制字求和后得到32位的输出叠加值；相位累加器的位数越多，最终得到的目标输出波形的精度越高；同步控制字的目的是确保多个通道输出的波形同步，在程序初始化时对累加器进行复位，确保输出波形严格按照相位控制字设置的相位输出；
S3. 以步骤S2得到的输出叠加值的高10位作为地址索引，对步骤S1得到的数据表进行查表得到目标输出波形的离散幅值；
采用高10位作为地址索引的原因在于210=1024，即必须采用10位数据作为地址索引；如果步骤S1的正弦波采用2048个点进行存储，则必须采用高11位作为地址索引；即地址索引的位数A与波形的离散点数N之间必须满足2A≥N；
S4. 以步骤S3得到的输出叠加值的低22位（即32-10）作为变量，对目标输出波形的离散幅值进行插值，得到幅值归一化的目标输出波形；
由于归一化后的正弦波以1024个离散点的形式存储在数据表中，那么查表得到的数据值必定也为离散而且是有限的。因此，对于查表无法得到的数据值，如相邻两个离散值之间的值，则需要用插值的方法进行得到，以提高输出的正弦波的精度；
所述的插值为线性插值，具体为采用如下公式实现线性插值：
y=y0+x’*(y1-y0)
式中y为线性插值的计算结果，y0和y1为输出叠加值的高10位作为地址索引时两个相邻地址分别索引到的归一化的波形幅值；x’为输出叠加值的低22位的所有变量取值；
例如，由于正弦波被以1024个离散值的形式存储在数据表中，因此y0和y1为输出叠加值的高10位作为地址，索引到数据表中1024个取值中的两个幅值归一化后的正弦波的值，那么这两个幅值归一化后的正弦波的值之间的值即可采用上述公式进行插值得到；
S5. 根据步骤S1设置的幅值控制字，对步骤S4得到的幅值归一化的目标输出波形的幅值进行放大或缩小，得到最终的目标输出波形。
本实施例采用的是32位的数据累加器，可以实时独立产生32通道的高分辨率的正弦波信号，输出频率范围为0~32768Hz，频率分辨率为0.001Hz，幅值分辨率为0.0001V，相位分辨率为0.0001度。

Claims (4)

1.一种波形的直接数字频率合成方法，包括如下步骤：
S1. 将目标输出波形的幅值归一化后，采用共N个离散点的形式存储在数据表中；其中N为正整数，N的取值越大，最终得到的目标输出波形就越准确；根据目标输出波形的频率、相位和幅值确定频率控制字、相位控制字和幅值控制字；设置同步控制字，用于确保输出波形按照相位控制字设置的相位输出；
S2. 依据同步控制字，采用X位的相位累加器对频率控制字进行累加，并将累加结果与相位控制字求和后得到X位的输出叠加值；其中X为正整数，X的取值越大，则最终得到的目标输出波形的精度越高；
S3. 以步骤S2得到的输出叠加值的高A位作为地址索引，对步骤S1得到的数据表进行查表得到目标输出波形的离散幅值；其中A必须满足：2A≥N；
S4. 以步骤S3得到的输出叠加值的低X-A位作为变量，对目标输出波形的离散幅值进行插值，得到幅值归一化的目标输出波形；插值为线性插值，具体为采用如下公式实现线性插值：
y=y0+x’*(y1-y0)
式中y为线性插值的计算结果，y0和y1为输出叠加值的高A位作为地址索引时两个相邻地址分别索引到的归一化的波形幅值；x’为输出叠加值的低X-A位的所有变量取值；
S5. 根据步骤S1设置的幅值控制字，对步骤S4得到的幅值归一化的目标输出波形的幅值进行放大或缩小，得到最终的目标输出波形。
2.根据权利要求1所述的波形的直接数字频率合成方法，其特征在于步骤S1所述的N个离散点为1024个。
3.根据权利要求1所述的波形的直接数字频率合成方法，其特征在于步骤S2所述的X位相位累加器为32位相位累加器。
4.根据权利要求1所述的波形的直接数字频率合成方法，其特征在于步骤S3所述的A位地址索引为10位。
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