CN109857188A - 一种基于dds的脉冲波产生方法、装置及其系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于DDS的脉冲波产生方法，包括：获取脉冲波相位值；计算实数值与边沿时间参数的第一乘积；当所述第一乘积小于一常数时，所述第一乘积作为波形值；当所述第一乘积大于所述常数时，所述常数作为波形值；所述常数为脉冲波的最大高电平值；输出脉冲波信号；当所述脉冲波相位值小于占空比参数时，则所述脉冲波信号为波形值；当所述脉冲波相位值大于占空比参数时，则所述脉冲波信号为所述常数与波形值之间的第二差值。本发明公开的方法可以生成稳定的、频率可变范围宽，边沿时间可变范围宽，占空比可变范宽的脉冲波；并且频率大小，边沿时间，占空比的参数可以连续任意调节的脉冲波，且生成的脉冲波具有不闪烁、不抖动的优点。

Description

一种基于DDS的脉冲波产生方法、装置及其系统

技术领域

本发明属于信号发生器领域，具体涉及一种基于DDS的脉冲波产生方法、装置及其系统。

背景技术

信号发生器是一种常见的信号源，广泛应用于电子电路、自动控制和科学实验等领域。目前，对于直接数字式频率合成器DDS(Direct Digital Synthesizer)类信号发生器，产生脉冲波的方法主要有两种：第一种是通过外接硬件电路进行调节，这种方法成本高，频率和边沿时间可变范围小；第二种是通过FPGA(复杂可编程逻辑阵列器件)数字方式产生。如图1所示，为现有技术中通过FPGA方式的DDS产生脉冲波的电路结构100，主要由频率累加器、相位累加器、相位幅值转化器、DAC以及滤波器LPF组成。现有方案的问题在于输出信号的频率取决于频率控制字，也就是说只有频率控制字是可变的，且在生成脉冲波时需要通过低电平、高电平、上升沿、下降沿四个阶段来分别处理波形的状态，造成在脉冲波每个阶段与下个阶段交界处存在波形相位不能完全连续，出现抖动过大，或者波形变形的情况。使得生成的脉冲波波形抖动过大、占用FPGA资源多，改变脉冲波频率等参数时波形相位不稳定而容易闪烁的问题十分突出。

发明内容

针对上述问题，本发明的目的是提供一种基于DDS的脉冲波产生方法、装置及其系统，解决现有技术中。

为实现上述目的，本发明采取以下技术方案：

本发明中的一种基于DDS的脉冲波产生方法，包括：获取脉冲波相位值；

计算实数值与边沿时间参数的第一乘积；当所述脉冲波相位值小于占空比参数时，所述实数值为所述脉冲波相位值，边沿时间参数为上升沿时间参数；当所述脉冲波相位值大于占空比参数时，所述实数值为所述脉冲波相位值与占空比参数之间的第一差值，所述边沿时间参数为下降沿时间参数；其中，所述占空比参数为占空比与相位模的乘积；

获取波形值；当所述第一乘积小于一常数时，所述第一乘积作为波形值；当所述第一乘积大于所述常数时，所述常数作为波形值；所述常数为脉冲波的最大高电平值；

输出脉冲波信号；当所述脉冲波相位值小于占空比参数时，则所述脉冲波信号为波形值；当所述脉冲波相位值大于占空比参数时，则所述脉冲波信号为所述常数与波形值之间的第二差值。

优选的，所述方法还包括：获取第一相位值作为所述脉冲波相位值；其中，当频率控制字的累加值小于相位模时，所述第一相位值为所述累加值；当所述累加值大于相位模时，则所述第一相位值为所述累加值与所述相位模之间的第三差值；所述相位模为频率字累加器累加的最大值。

优选的，所述方法包括：

获取起始相位与所述第一相位值之间的和值作为第二相位值；所述起始相位为脉冲波的初始相位；

输出脉冲波相位值；当所述相位模大于所述第二相位值时，输出所述第二相位值作为所述脉冲波相位值；当所述相位模小于所述第二相位值时，输出所述第二相位值与相位模之间的第四差值作为所述脉冲波相位值。

优选的，所述方法还包括：

根据上升沿浮点计算参数或下降沿浮点计算参数对所述第一乘积进行浮点运算得到变量值；

输出波形值；当所述变量值小于常数时，输出所述变量值作为波形值；当所述变量值大于所述常数时，输出所述常数作为波形值。

优选的，根据公式一确定频率控制字FreqWord：

其中：Fout为所需输出频率，Fsample为系统采样时钟，module为相位模。

优选的，所述上升沿时间参数RiseTime以及下降沿时间参数FallTime分别根据公式二以及公式三获得：

其中，Cycle为时钟周期，FreqWord为频率控制字。

本发明还公开一种基于DDS的脉冲波产生装置，包括：DDS电路以及脉冲波产生电路；所述DDS电路输出脉冲波相位值至所述脉冲波产生电路；

所述脉冲波产生电路包括：第一减法器，用于计算所述脉冲波相位值与占空比参数之间的第一差值；所述占空比参数为占空比与相位模的乘积；

第一选择器，用于选择输出实数值，当所述脉冲波相位值小于占空比参数时，则选择输出所述脉冲波相位值作为所述实数值；当所述脉冲波相位值大于占空比参数时，则选择输出所述第一差值作为实数值；

第二选择器，用于选择输出边沿时间参数，当所述脉冲波相位值小于占空比参数时，选择输出上升沿时间参数作为边沿时间参数；当所述脉冲波相位值大于占空比参数时，选择输出下降沿时间参数作为边沿时间参数；

乘法器，用于计算实数值与边沿时间参数的第一乘积；

第一比较器，用于比较所述第一乘积与一常数的大小；

第三选择器，用于选择输出波形值，当所述第一乘积小于常数时，选择输出所述第一乘积作为波形值；当所述第一乘积大于所述常数时，选择输出所述常数作为波形值；所述常数为脉冲波的最大高电平值；

第二减法器，用于计算所述常数与波形值之间的第二差值；

第四选择器，用于选择输出脉冲波信号，若所述脉冲波相位值小于占空比参数时，则选择输出波形值作为所述脉冲波信号；当所述脉冲波相位值大于占空比参数Duty时，则选择输出所述第二差值作为所述脉冲波信号。

优选的，还包括：第五选择器以及浮点计算单元，所述第五选择器用于选择输出边沿浮点计算参数，当所述脉冲波相位值小于占空比参数时，选择输出上升沿浮点计算参数作为边沿浮点计算参数；当所述脉冲波相位值大于占空比参数时，选择输出下降沿浮点计算参数作为边沿浮点计算参数；

所述浮点计算单元用于根据第五选择器输出的边沿浮点计算参数对所述乘法器输出的第一乘积进行浮点运算得到变量值，并将所述变量值发送至所述第一比较器以及第三选择器。

优选的，所述DDS电路包括：

频率字累加器，用于获取频率控制字的累加值；

第三减法器，用于计算所述累加值与相位模之间的第三差值；

第二比较器，用于比较所述累加值与相位模的大小；

第六选择器，用于选择输出第一相位值，当所述相位模大于所述累加值时，则选择输出所述累加值作为第一相位值，当所述累加值大于相位模时，则选择输出所述第三差值作为第一相位值；所述相位模为频率字累加器累加的最大值；其中，所述第一相位值为所述脉冲波相位值。

优选的，所述DDS电路还包括：相位加法器、第二寄存器、第四减法器、第三比较器、第七选择器以及第三寄存器；

所述相位加法器用于获取起始相位与所述第一相位值之间的和值作为第二相位值，并将所述第二相位值发送至第二寄存器；所述起始相位为脉冲波的初始相位；

所述第四减法器用于计算所述第二相位值与相位模之间的第四差值；

所述第三比较器用于比较所述相位模与所述第二相位值的大小；

第七选择器用于选择输出脉冲波相位值至第三寄存器，当所述相位模大于所述第二相位值时，输出所述第二相位值作为所述脉冲波相位值；当所述相位模小于所述第二相位值时，输出所述第四差值作为所述脉冲波相位值。

本发明还公开一种基于DDS的脉冲波产生系统，包括模拟通道，以及如上任意一项所述的一种基于DDS的脉冲波产生装置，所述模拟通道用于对所述脉冲波产生装置输出的脉冲波相位值进行数模转换及滤波。

本发明公开的基于DDS的脉冲波产生方法、装置及其系统将现有的需要至少四个阶段的脉冲波生成过程化简为两个阶段(上升沿和下降沿阶段)，并且两个阶段始终是连续的、相等步进的变化，而且边沿也可以不需要考虑非正常情况的特殊处理方式，使生成的脉冲波更稳定，且脉冲波具有不闪烁、不抖动的优点。

附图说明

图1是现有技术中基于DDS的脉冲波产生装置结构示意图；

图2是本发明实施例所提供的基于DDS的脉冲波产生方法流程图；

图3是本发明实施例所提供的另一种基于DDS的脉冲波产生方法流程图；

图4是本发明实施例所提供的基于DDS的脉冲波产生装置结构示意图；

图5是本发明实施例所提供的另一基于DDS的脉冲波产生装置结构示意图；

图6是本发明实施例所提供的DDS电路结构示意图；

图7是本发明实施例所提供的另一种DDS电路结构示意图；

图8是本发明实施例所提供的基于DDS的脉冲波产生系统结构示意图；

图9是通过本发明实施例的脉冲波产生装置所生成的脉冲波信号的波形示意图；

图10是通过本发明实施例的脉冲波产生系统输出的实际脉冲波示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进行详细的描述。

本发明实施例提供一种基于DDS的脉冲波产生方法，如图2所示，包括：

步骤201，获取脉冲波相位值PHASE；

步骤202，计算实数值FIX_Data与边沿时间参数Time之间的第一乘积FLOAT，即FLOAT＝FIX_Data*Time；

其中，实数值FIX_Data和边沿时间参数Time通过比较脉冲波相位值PHASE与占空比参数Duty之间的大小确定；具体而言，当所述脉冲波相位值PHASE小于占空比参数Duty时，所述实数值FIX_Data为所述脉冲波相位值PHASE，边沿时间参数Time为上升沿时间参数RiseTime；即，当PHASE<Duty时，FLOAT＝PHASE*RiseTime；当所述脉冲波相位值PHASE大于占空比参数Duty时，所述实数值FIX_Data为所述脉冲波相位值PHASE与占空比参数Duty之间的第一差值SUB_DATA1，所述边沿时间参数Time为下降沿时间参数FallTime，即当PHASE>Duty时，FLOAT＝SUB_DATA1*FallTime＝(PHASE-Duty)*FallTime；其中，所述占空比参数为占空比D与相位模module的乘积，而占空比和相位模的值均由外部的微控制器获取。

在本发明另一实施例中，通过判定所述脉冲波相位值PHASE与占空比参数Duty之间的第一差值SUB_DATA1的符号位MSB来选择输出所述第一差值SUB_DATA1或者脉冲波相位值PHASE作为实数值FIX_Data，同时选择输出上升沿时间参数RiseTime或者下降沿时间参数FallTime作为边沿时间参数Time。具体的实施例中，所述第一差值SUB_DATA1的符号位MSB为该第一差值SUB_DATA1的数据最高位。当符号位MSB为1时，表示第一差值SUB_DATA1为负数，此时所述脉冲波相位值PHASE作为实数值FIX_Data，即FLOAT＝PHASE*RiseTime；当符号位MSB为0时，表示第一差值SUB_DATA1为正数，此时输出所述第一差值SUB_DATA1并作为实数值FIX_Data，即FLOAT＝SUB_DATA1*FallTime，其中SUB_DATA1＝PHASE-Duty。当符号位MSB为1时，输出的边沿时间参数Time为上升沿时间参数RiseTime；当符号位MSB为0时，输出的边沿时间参数Time为下降沿时间参数FallTime。

步骤203，获取波形值Data；当所述第一乘积FLOAT小于一常数时，输出所述第一乘积FLOAT作为波形值Data，即当FLOAT<常数时，Data＝FLOAT；当所述第一乘积FLOAT大于所述常数时，输出所述常数作为波形值Data，即当FLOAT>常数时，Data＝常数；所述常数为脉冲波的最大高电平值，也就是说，常数为脉冲波高电平的最大值，由所需生成的脉冲波的波形决定，一般不大于相位模module即可；通过步骤203将大于常数的全部波形值Data限制到常数，使得到的波形值Data都小于或等于常数。

步骤204，输出脉冲波信号；具体的，当所述脉冲波相位值PHASE小于占空比参数Duty时，则所述脉冲波信号Pulse为波形值Data；当所述脉冲波相位值PHASE大于占空比参数Duty时，则所述脉冲波信号Pulse为所述常数与波形值Data之间的第二差值SUB_DATA2，即当PHASE-Duty<0时，Pulse＝Data；当PHASE-Duty>0时，Pulse＝SUB_DATA2＝常数-Data。

在本发明另一较佳的实施例中，根据判定所述脉冲波相位值PHASE与占空比参数Duty之间的第一差值SUB_DATA1的符号位MSB选择输出常数与波形值Data之间的第二差值SUB_DATA2或者波形值Data作为脉冲波信号Pulse。具体的，所述第一差值SUB_DATA1的符号位MSB为1时，所述第一差值SUB_DATA1为负数，代表上升沿和高电平，输出的脉冲波信号Pulse保持波形值Data输出；符号位MSB为0时，第一差值SUB_DATA1为正数，代表下降沿和低电平，则输出的脉冲波信号Pulse为第二差值SUB_DATA2。

通过上述实施例所述的方法，将现有的需要至少四个阶段的脉冲波生成过程化简为两个阶段(上升沿和下降沿阶段)，并且两个阶段始终是连续的、相等步进的变化，而且边沿也可以不需要考虑非正常情况的特殊处理方式，使生成的脉冲波更稳定，且脉冲波具有不闪烁、不抖动的优点。

本发明中的一种基于DDS的脉冲波产生方法，较佳的实施例中，所述方法还包括：获取第一相位值PHASE1作为所述脉冲波相位值PHASE；其中，当频率控制字FreqWord的累加值P小于相位模module时，所述第一相位值PHASE1为所述累加值P；当所述累加值P大于相位模module时，则所述第一相位值PHASE1为所述累加值P与所述相位模module之间的第三差值SUB_DATA3；所述相位模为频率字累加器累加的最大值。具体的，在频率控制字FreqWord的累加值P小于相位模module时，本发明实施例所述的方法和现有技术一样，直接通过对频率控制字FreqWord的动态累加，以获得脉冲波相位值PHASE；但是当所述频率控制字FreqWord的累加值P超过相位模module的大小时，则获取所述累加值P与所述相位模module之间的第三差值SUB_DATA3作为脉冲波相位值PHASE；所述相位模module为频率字累加器累加的最大值，即在对频率控制字FreqWord进行累加的过程中，当P<module时，PHASE＝PHASE1＝P；在此情况下只需持续对频率控制字FreqWord动态累加即可；而一旦当P>module时，脉冲波相位值PHASE就不再等于频率控制字FreqWord的累加值，而是通过PHASE＝PHASE1＝SUB_DATA3＝P-module决定脉冲波相位值的大小，以此将脉冲波相位值限制在相位模的范围内。本发明实施例通过频率控制字FreqWord与相位模Module共同影响脉冲波相位值的大小，即调整频率控制字FreqWord与相位模Module的大小至合适的值，以使获得的脉冲波相位值PHASE更加稳定。

本发明所述的脉冲波产生方法还提供一种较佳的实施例，所述方法还包括：

获取起始相位PHASE0与所述第一相位值PHASE1之间的和值作为第二相位值PHASE2；所述起始相位PHASE0为脉冲波的初始相位，即PHASE2＝PHASE0+PHASE1；其中，该起始相位PHASE0是提前设置的，可以是相位0度～360度之间的任意值。

输出脉冲波相位值PHASE；当所述相位模module大于所述第二相位值PHASE2时，输出所述第二相位值PHASE2作为所述脉冲波相位值PHASE；当所述相位模module小于所述第二相位值PHASE2时，输出所述第二相位值PHASE2与相位模module之间的第四差值SUB_DATA4作为所述脉冲波相位值PHASE。具体来说，当module>PHASE2时，PHASE＝PHASE2；当module<PHASE2时，PHASE＝SUB_DATA4，其中SUB_DATA4＝PHASE2-module；通过加入起始相位的值，能够更灵活的获取不同起始相位的脉冲波型，同时仍然利用设置相位模的大小来限制最终输出的脉冲波相位值的大小，使得生成的脉冲波相位更加稳定，解决了脉冲波的波形抖动过大的问题。

本发明实施例提供的一种基于DDS的脉冲波产生方法，较佳的，根据上升沿浮点计算参数RiseFPU或下降沿浮点计算参数FallFPU对所述第一乘积FLOAT进行浮点运算得到变量值FLOAT_Data；其中，上升沿浮点计算参数RiseFPU以及下降沿浮点计算参数FallFPU可以通过微控制器提供。具体的，当所述脉冲波相位值PHASE小于占空比参数Duty时，采用上升沿浮点计算参数RiseFPU对所述第一乘积FLOAT进行浮点运算得到变量值FLOAT_Data；当所述脉冲波相位值PHASE大于占空比参数Duty时，采用下降沿浮点计算参数FallFPU对所述第一乘积FLOAT进行浮点运算得到变量值FLOAT_Data。

输出波形值Data；当所述变量值FLOAT_Data小于常数时，输出所述变量值FLOAT_Data作为波形值Data；当所述变量值FLOAT_Data大于所述常数时，输出所述常数作为波形值Data，即将大于常数的全部波形值Data限制到常数，使得到的波形值Data都小于或等于常数。

本发明实施例还提供另一种基于DDS的脉冲波产生方法，如图3所示，所述方法包括：

步骤301，获取起始相位PHASE0与第一相位值PHASE1之间的和值作为第二相位值PHASE2；所述起始相位为脉冲波的初始相位，所述第一相位值PHASE1是根据频率控制字的累加值P与相位模的关系动态变化的；具体的，当频率控制字FreqWord的累加值P小于相位模module时，所述第一相位值PHASE1为频率控制字FreqWord的累加值P；当所述累加值P大于相位模module时，则获取该累加值P与所述相位模module之间的第三差值SUB_DATA3作为第一相位值PHASE1，即PHASE1＝SUB_DATA3＝P-module；所述相位模module为频率字累加器累加的最大值；因此第一相位值PHASE1随着频率控制字FreqWord的累加值P的改变以及相位模module的设置而改变。

步骤302，获取所述第二相位值PHASE2与相位模module之间的第四差值SUB_Data4，即SUB_DATA4＝PHASE2-module；

步骤303，输出脉冲波相位值；当所述相位模module大于所述第二相位值PHASE2时，输出所述第二相位值PHASE2作为所述脉冲波相位值PHASE；当所述相位模module小于所述第二相位值PHASE2时，输出所述第四差值SUB_DATA4作为所述脉冲波相位值PHASE；即当module>PHASE2时，PHASE＝PHASE2；当module<PHASE2时，PHASE＝SUB_DATA4。

步骤304，输出实数值FIX_Data和边沿时间参数Time；其中，通过判定所述脉冲波相位值PHASE与占空比参数Duty之间的第一差值SUB_DATA1的符号位MSB来选择输出所述第一差值SUB_DATA1或者脉冲波相位值PHASE作为实数值FIX_Data，以及选择输出上升沿时间参数RiseTime或者下降沿时间参数FallTime作为边沿时间参数Time，即通过SUB_DATA1＝PHASE-Duty的大小来进行选择。具体的，所述第一差值SUB_DATA1的符号位MSB为该第一差值SUB_DATA1的数据最高位，由0或1表示正或负。当MSB为1时，表示第一差值SUB_DATA1为负数，此时输出脉冲波相位值PHASE作为实数值FIX_Data，输出的边沿时间参数Time为上升沿时间参数RiseTime；当MSB为0时，表示第一差值SUB_DATA1为正数，此时输出第一差值SUB_DATA1作为实数值FIX_Data，输出的边沿时间参数Time为下降沿时间参数FallTime。其中，所述占空比参数Duty为占空比D与相位模module的乘积，即Duty＝D*module，而占空比D和相位模module的值都由外部的微控制器获取。

步骤305，计算实数值FIX_DATA与边沿时间参数Time的第一乘积FLOAT，即FLOAT＝FIX_Data*Time；

步骤306，根据上升沿浮点计算参数RiseFPU或下降沿浮点计算参数FallFPU对所述第一乘积FLOAT进行浮点运算得到变量值FLOAT_Data；具体的，仍然根据所述第一差值SUB_DATA1的符号位MSB来选择；当符号位MSB为1时，选择输出上升沿浮点计算参数RiseFPU；当符号位MSB为0时，选择输出下降沿浮点计算参数FallFPU。

步骤307，输出波形值Data；当所述变量值FLOAT_Data小于常数时，输出所述变量值FLOAT_Data作为波形值，即当FLOAT_Data<常数时，Data＝FLOAT_Data；当所述变量值大于所述常数时，输出所述常数作为波形值Data，即当FLOAT_Data>常数时，Data＝常数；所述常数为脉冲波的最大高电平值，也就是说常数为脉冲波高电平的最大值；通过步骤307将大于常数的全部波形值Data限制到常数，使得到的波形值Data都小于或等于常数。

步骤308，获取所述常数与波形值Data之间的第二差值SUB_DATA2，即SUB_DATA2＝常数-Data。

步骤309，输出脉冲波信号Pulse；具体的实施例中，通过判定所述第一差值SUB_DATA1的符号位MSB选择输出所述,第二差值SUB_DATA2或者波形值Data作为最终的脉冲波信号Pulse。具体的，所述第一差值SUB_DATA1的符号位MSB为1时，即第一差值SUB_Data1为负数，代表上升沿和高电平，输出的脉冲波信号Pulse保持波形值Data输出；符号位MSB为0时，即第一差值SUB_DATA1为正数，代表下降沿和低电平，则输出的脉冲波信号Pulse为第二差值SUB_DATA2，其中SUB_DATA2＝常数-Data。

本发明实施例所述的一种基于DDS的脉冲波产生方法，较佳的，根据公式一确定频率控制字FreqWord：

其中：Fout为所需输出频率，Fsample为系统采样时钟，module为相位模。具体的，假设系统采样频率Fsample为100MHz，当需要输出一个频率为0.312MHz的波形时，根据公式一，可以计算得到值为320.5128205128205，由于Module和FreqWord的值都必须为整数，所以为了提高输出信号频率的精度，保留小数点后6位，则比值四舍五入为320.512821，为保证这个比值关系，将module设置为320512821(十进制)，同时将FreqWord设置为1000000(十进制)，根据这个参数可以计算Fout实际为0.31199999952576MHz，可见实际输出的Fout的精度达到小数点后9位，因此也就是说通过设置合适的频率控制字FreqWord与相位模module的比值，输出频率的精度会提高。因此在本发明实施例所述的方法中，根据需要指定相位模module的值后，便可通过公式一获取频率控制字FreqWord，使得频率控制字FreqWord和相位模module均在合适的范围内。

相较于传统的DDS频率字计算公式其中，Fout为所需输出频率，2^32为32位频率字累加器的位数，Fsample为当前系统采样时钟，根据这个公式计算得到FreqWord频率字的值，根据公式可知，在传统的DDS频率字计算中只有FreqWord可变。而本发明实施例所述的方法不仅频率控制字FreqWord是可变的，还增加了可变的相位模Module对输出相位的影响，在确定所需输出的频率后，频率控制字FreqWord和相位模Module大小的变化共同影响相位的输出，以使输出的相位更加稳定。

本发明实施例所述的一种基于DDS的脉冲波产生方法，较佳的，所述上升沿时间参数RiseTime以及下降沿时间参数FallTime分别根据公式二以及公式三获得：

其中，Cycle为时钟周期，FreqWord为频率控制字。所述上升沿时间参数RiseTime以及下降沿时间参数FallTime也可以由外部微控制器计算。

本发明实施例还提供一种基于DDS的脉冲波产生装置，如图4所示，包括：DDS电路40以及脉冲波产生电路41；所述DDS电路40输出脉冲波相位值至所述脉冲波产生电路41；

所述脉冲波产生电路41包括：第一减法器410，用于计算所述脉冲波相位值PHASE与占空比参数Duty之间的第一差值SUB_DATA1；所述占空比参数Duty为占空比D与相位模module的乘积；即SUB_DATA1＝PHASE-Duty＝PHASE-D*module；而占空比和相位模的值均由外部的微控制器获取。

第一选择器411，用于选择实数值FIX_Data，当所述脉冲波相位值PHASE小于占空比参数Duty时，则选择输出所述脉冲波相位值PHASE作为所述实数值FIX_Data；当所述脉冲波相位值PHASE大于占空比参数时，则选择输出所述第一差值SUB_DATA1作为实数值FIX_Data；

第二选择器412，用于选择边沿时间参数Time，当所述脉冲波相位值PHASE小于占空比参数Duty时，选择输出上升沿时间参数RiseTime作为边沿时间参数Time；当所述脉冲波相位PHASE值大于占空比参数Duty时，选择输出下降沿时间参数FallTime作为边沿时间参数Time；

在本发明另一实施例中，第一减法器410的输出端均连接所述第一选择器411以及第二选择器412的控制端，用于将第一减法器410输出的第一差值SUB_DATA1的符号位MSB作为第一选择器411以及第二选择器412选择输出的控制信号，即通过判定所述脉冲波相位值PHASE与占空比参数Duty之间的第一差值SUB_DATA1的符号位MSB来选择输出所述第一差值SUB_DATA1或者脉冲波相位值PHASE作为实数值FIX_Data，以及选择输出上升沿时间参数RiseTime或者下降沿时间参数FallTime作为边沿时间参数Time。具体的实施例中，所述第一减法器410输出的第一差值SUB_DATA1的符号位MSB为该第一差值SUB_DATA1的数据最高位。当符号位MSB为1时，表示第一差值SUB_DATA1为负数，此时所述第一选择器411选择输出所述脉冲波相位值PHASE作为实数值FIX_Data；当符号位MSB为0时，表示第一差值SUB_DATA1为正数，此时第一选择器411选择输出所述第一减法器410计算得到的第一差值SUB_DATA1作为实数值FIX_Data，即FIX_Data＝SUB_DATA1＝PHASE-Duty。当符号位MSB为1时，第二选择器412选择输出的边沿时间参数Time为上升沿时间参数RiseTime；当符号位MSB为0时，第二选择器412选择输出的边沿时间参数Time为下降沿时间参数FallTime。

乘法器413，用于计算实数值FIX_DATA与边沿时间参数Time的第一乘积FLOAT，即FLOAT＝FIX_Data*Time；其中，第一乘积FLOAT的大小由第一选择器411以及第二选择器412选择的不同实数值FIX_Data和边沿时间参数Time而不同。

第一比较器414，用于比较所述第一乘积FLOAT与一常数的大小；所述常数为脉冲波的最大高电平值，即常数为脉冲波高电平的最大值，由所需生成的脉冲波的波形决定，一般不大于相位模module即可；

第三选择器415，用于根据第一比较器414的比较结果选择输出波形值Data，即所述第一比较器414的输出端连接所述第三选择器415的控制端。当所述第一乘积FLOAT小于常数时，选择输出所述第一乘积FLOAT作为波形值Data；当所述第一乘积FLOAT大于所述常数时，选择输出所述常数作为波形值Data；即通过第一比较器414以及第三选择器415将大于常数的全部波形值Data限制到常数，使第三选择器415选择输出的波形值Data都小于或等于常数。

第二减法器416，用于计算所述常数与波形值Data之间的第二差值SUB_DATA2；即SUB_DATA2＝常数-Data。

第四选择器417，用于选择输出脉冲波信号Pulse，若所述脉冲波相位值PHASE小于占空比参数Duty时，则选择输出波形值Data作为所述脉冲波信号Pulse；当所述脉冲波相位值PHASE大于占空比参数Duty时，则选择输出所述第二差值SUB_DATA2作为所述脉冲波信号Pulse。

在本发明另一较佳的实施例中，第一减法器410的输出端连接所述第四选择器417的控制端，根据第一减法器410计算得到的所述脉冲波相位值PHASE与占空比参数Duty之间的第一差值SUB_DATA1的符号位MSB控制第四选择器417选择第二减法器416输出的第二差值SUB_DATA2或者第三选择器415输出的波形值Data作为脉冲波信号Pulse。具体的，当所述第一差值SUB_DATA1的符号位MSB为1时，即第一差值SUB_DATA1为负数，代表上升沿和高电平，第四选择器417选择输出的脉冲波信号Pulse为波形值Data；当符号位MSB为0时，即第一差值SUB_DATA1为正数，代表下降沿和低电平，则第四选择器417选择输出的脉冲波信号Pulse为第二差值SUB_DATA2。

较佳的实施例中，所述脉冲波产生装置还包括计算单元，用于根据公式一确定率控制字FreqWord：

其中：Fout为所需输出频率，Fsample为系统采样时钟，Module为相位模。

所述计算单元还用于根据公式二以及公式三分别计算所述上升沿时间参数RiseTime以及下降沿时间参数FallTime：

其中，Cycle为时钟周期，FreqWord为频率控制字。

本发明实施例所述的基于DDS的脉冲波产生装置，优选的，如图5所示，还包括：第五选择器418以及浮点计算单元419，所述第五选择器418用于选择边沿浮点计算参数FPU，当所述脉冲波相位值PHASE小于占空比参数Duty时，选择输出上升沿浮点计算参数RiseFPU作为边沿浮点计算参数FPU；当所述脉冲波相位值PHASE大于占空比参数Duty时，选择输出下降沿浮点计算参数FallFPU作为边沿浮点计算参数FPU；所述浮点计算单元419用于根据第五选择器418输出的边沿浮点计算参数FPU对所述乘法器413输出的第一乘积FLOAT进行浮点运算得到变量值FLOAT_Data，并将所述变量值FLOAT_Data发送至第一比较器414以及第三选择器415。

在本发明另一较佳的实施例中，第一减法器410的输出端连接所述第五选择器418的控制端，根据第一减法器410计算得到的所述第一差值SUB_DATA1的符号位MSB来控制所述第五选择器418选择输出；具体的，当符号位MSB为1时，选择输出上升沿浮点计算参数RiseFPU；当符号位MSB为0时，选择输出下降沿浮点计算参数FallFPU。

本发明实施例所述的基于DDS的脉冲波产生装置，优选的，如图6所示，所述DDS电路包括：

频率字累加器601，用于获取频率控制字的累加值P；具体的，所述频率字累加器进一步包括：频率字加法器6011以及第一寄存器6012，所述频率字加法器6011获取频率控制字FreqWord以及第一寄存器6012反馈的累加值P，并计算所述频率控制字FreqWord与累加值P的和值作为下一个累加值P。

第三减法器602，用于计算所述累加值P与所述相位模module之间的第三差值SUB_DATA3，即SUB_DATA3＝P-module；

第二比较器603，用于比较所述累加值P与相位模module的大小；

第六选择器604，用于根据所述第二比较器603的比较结果输出所述脉冲波相位值PHASE。具体的，所述第二比较器603的输出连接所述第六选择器604的控制端，当所述相位模module大于累加值P时，则第六选择器604选择输出所述累加值P作为第一相位值PHASE1，当所述累加值P大于相位模module时，则第六选择器604选择输出所述第三差值SUB_Data3作为第一相位值PHASE1；所述相位模module为频率字累加器601累加的最大值，通过微控制器输出至所述DDS电路。在此DDS电路中，输出的第一相位值PHASE1即为输入脉冲波产生电路的脉冲波相位值PHASE。

本发明另一实施例所述的基于DDS的脉冲波产生装置，如图7所示，所述DDS电路还包括：相位加法器605、第二寄存器606、第四减法器607、第三比较器608、第七选择器609以及第三寄存器610；

所述相位加法器605用于获取起始相位PHASE0与所述第一相位值PHASE1之间的和值作为第二相位值PHASE2，即PHASE2＝PHASE0+PHASE1；并将所述第二相位值PHASE2发送至第二寄存器606；所述起始相位PHASE0为脉冲波的初始相位；其中，该起始相位PHASE0是提前设置的，可以是相位0度～360度之间的任意值。

所述第四减法器607用于计算所述第二相位值PHASE2与相位模module之间的第四差值SUB_DATA4；即SUB_DATA4＝PHASE2-module；

所述第三比较器608用于比较所述相位模module与所述第二相位值PHASE2的大小；

第七选择器609用于根据第三比较器608的比较结果输出脉冲波相位值PHASE至第三寄存器610；具体的，所述第三比较器608的输出端连接所述第七选择器609的控制端，当所述相位模module大于所述第二相位值PHASE2时，第三比较器608选择输出所述第二相位值PHASE2作为所述脉冲波相位值PHASE；当所述相位模module小于所述第二相位值PHASE2时，第三比较器608选择输出所述第四差值SUB_DATA4作为所述脉冲波相位值PHASE。即，当module>PHASE2时，PHASE＝PHASE2；当module<PHASE2时，PHASE＝SUB_DATA4，其中SUB_DATA4＝PHASE2-module；通过加入起始相位的值，能够更灵活的获取不同起始相位的脉冲波型，同时仍然利用设置相位模的大小来限制最终输出的脉冲波相位值的大小，使得生成的脉冲波相位更加稳定，解决了脉冲波的波形抖动过大的问题。

本发明实施例还提供一种基于DDS的脉冲波产生系统，如图8所示，所述脉冲波产生系统80包括模拟通道801以及如上任意一实施例所述的一种基于DDS的脉冲波产生装置802，所述模拟通道用于对所述脉冲波产生装置输出的脉冲波信号Pulse进行数模转换及滤波。具体的，基于DDS的脉冲波产生装置802进一步包括：DDS电路8021以及脉冲波产生电路8022，所述模拟通道包括：数模转换单元以及低通滤波单元，所述数模转换单元对脉冲波信号进行数模转换后输出至所述低通滤波单元，有低通滤波单元滤波后得到最终输出的脉冲波。所述模拟通道为常用的硬件模拟通道和其他波形共用一个模拟通道，不需要另外设计脉冲波专用的通道，有效的降低硬件成本。

下面提供利用本发明实施例的DDS电路输出脉冲波相位值PHASE的数据结果。首先，确定需要的波形参数：取采样率为100MHz，输出频率为8MHz的波形，根据需求设相位模module为1000(十进制)，起始相位PHASE0为0，上升沿时间为25ns，下降沿时间为35ns，占空比为50％，常数可以设置小于相位模module的任意值，在本实施例中设定常数为400。即系统采样时钟Fsample为100MHz，所需输出频率Fout为8MHz，根据公式一得到频率控制字FreqWord为80(十进制)，分别根据公式二和三可以计算得到上升沿时间参数RiseTime为2，下降沿时间参数FallTime为1.429，占空比参数Duty为500。则DDS电路中第三寄存器输出的脉冲波相位值PHASE如表一：

表一 脉冲波相位值PHASE输出的数据结果

其中，第四选择器选择输出脉冲波信号Pulse的数据结果如表二所示：

编号	PHASE	SUB_DATA1	FIX_Data	Time	FLOAT	Data	SUB_DATA2	Pulse
									1	0	-500	0	2	0	0	-400	0
2	80	-420	80	2	160	160	-240	160
									3	160	-340	160	2	320	320	80	320
4	240	-260	240	2	480	400	0	400
									5	320	-180	320	2	640	400	0	400
6	400	-100	400	2	800	400	0	400
									7	480	-20	480	2	960	400	0	400
8	560	60	60	1.429	86	86	314	314
									9	640	140	140	1.429	200	200	200	200
10	720	220	220	1.429	314	314	86	86
									11	800	300	300	1.429	429	400	0	0
12	880	380	380	1.429	543	400	0	0
									13	960	460	460	1.429	657	400	0	0
14	40	-460	40	2	80	80	320	80
									15	120	-380	120	2	240	240	160	240
16	200	-300	200	2	400	400	0	400
									17	280	-220	280	2	560	400	0	400
18	360	-140	360	2	720	400	0	400
									19	440	-60	440	2	880	400	0	400
20	520	20	20	1.429	29	29	371	371
									21	600	100	100	1.429	143	143	257	257
22	680	180	180	1.429	257	257	143	143
									23	760	260	260	1.429	372	372	28	28
24	840	340	340	1.429	486	400	0	0
									25	920	420	420	1.429	600	400	0	0
26	1000	500	500	1.429	715	400	0	0

表二 脉冲波信号Pulse的数据结果

综上，通过本发明上述实施例所述的基于DDS的脉冲波产生方法、装置及其系统，在不增加任何硬件成本的情况下，可以生成稳定的、频率可变范围宽，边沿时间可变范围宽，占空比可变范宽的脉冲波；并且频率大小，边沿时间，占空比的参数可以连续任意调节的脉冲波，且生成的脉冲波具有不闪烁、不抖动的优点。

本发明不局限于上述最佳实施方式，任何人在本发明的启示下都可得出其他各种形式的产品，但不论在其形状或结构上作任何变化，凡是具有与本申请相同或相近似的技术方案，均落在本发明的保护范围之内。

Claims (11)

1.一种基于DDS的脉冲波产生方法，其特征在于，包括：获取脉冲波相位值；

计算实数值与边沿时间参数的第一乘积；当所述脉冲波相位值小于占空比参数时，所述实数值为所述脉冲波相位值，边沿时间参数为上升沿时间参数；当所述脉冲波相位值大于占空比参数时，所述实数值为所述脉冲波相位值与占空比参数之间的第一差值，所述边沿时间参数为下降沿时间参数；其中，所述占空比参数为占空比与相位模的乘积；

获取波形值；当所述第一乘积小于一常数时，所述第一乘积作为波形值；当所述第一乘积大于所述常数时，所述常数作为波形值；所述常数为脉冲波的最大高电平值；

输出脉冲波信号；当所述脉冲波相位值小于占空比参数时，则所述脉冲波信号为波形值；当所述脉冲波相位值大于占空比参数时，则所述脉冲波信号为所述常数与波形值之间的第二差值。

2.根据权利要求1所述的一种基于DDS的脉冲波产生方法，其特征在于，所述方法还包括：获取第一相位值作为所述脉冲波相位值；其中，当频率控制字的累加值小于相位模时，所述第一相位值为所述累加值；当所述累加值大于相位模时，则所述第一相位值为所述累加值与所述相位模之间的第三差值；所述相位模为频率字累加器累加的最大值。

3.根据权利要求2所述的一种基于DDS的脉冲波产生方法，其特征在于，所述方法包括：

获取起始相位与所述第一相位值之间的和值作为第二相位值；所述起始相位为脉冲波的初始相位；

输出脉冲波相位值；当所述相位模大于所述第二相位值时，输出所述第二相位值作为所述脉冲波相位值；当所述相位模小于所述第二相位值时，输出所述第二相位值与相位模之间的第四差值作为所述脉冲波相位值。

4.根据权利要求2或3所述的一种基于DDS的脉冲波产生方法，其特征在于，所述方法还包括：

根据上升沿浮点计算参数或下降沿浮点计算参数对所述第一乘积进行浮点运算得到变量值；

输出波形值；当所述变量值小于常数时，输出所述变量值作为波形值；当所述变量值大于所述常数时，输出所述常数作为波形值。

5.根据权利要求2所述的一种基于DDS的脉冲波产生方法，其特征在于，根据公式一确定频率控制字FreqWord：

其中：Fout为所需输出频率，Fsample为系统采样时钟，Module为相位模。

6.根据权利要求1所述的一种基于DDS的脉冲波产生方法，其特征在于，所述上升沿时间参数RiseTime以及下降沿时间参数FallTime分别根据公式二以及公式三获得：

其中，Cycle为时钟周期，FreqWord为频率控制字。

7.一种基于DDS的脉冲波产生装置，其特征在于，包括：DDS电路以及脉冲波产生电路；所述DDS电路输出脉冲波相位值至所述脉冲波产生电路；

所述脉冲波产生电路包括：第一减法器，用于计算所述脉冲波相位值与占空比参数之间的第一差值；所述占空比参数为占空比与相位模的乘积；

第一选择器，用于选择输出实数值，当所述脉冲波相位值小于占空比参数时，则选择输出所述脉冲波相位值作为所述实数值；当所述脉冲波相位值大于占空比参数时，则选择输出所述第一差值作为实数值；

第二选择器，用于选择输出边沿时间参数，当所述脉冲波相位值小于占空比参数时，选择输出上升沿时间参数作为边沿时间参数；当所述脉冲波相位值大于占空比参数时，选择输出下降沿时间参数作为边沿时间参数；

乘法器，用于计算实数值与边沿时间参数的第一乘积；

第一比较器，用于比较所述第一乘积与一常数的大小；

第三选择器，用于选择输出波形值，当所述第一乘积小于常数时，选择输出所述第一乘积作为波形值；当所述第一乘积大于所述常数时，选择输出所述常数作为波形值；所述常数为脉冲波的最大高电平值；

第二减法器，用于计算所述常数与波形值之间的第二差值；

第四选择器，用于选择输出脉冲波信号，若所述脉冲波相位值PHASE小于占空比参数Duty时，则选择输出波形值作为所述脉冲波信号；当所述脉冲波相位值PHASE大于占空比参数Duty时，则选择输出所述第二差值作为所述脉冲波信号。

8.根据权利要求7所述的基于DDS的脉冲波产生装置，其特征在于，还包括：第五选择器以及浮点计算单元，所述第五选择器用于选择输出边沿浮点计算参数，当所述脉冲波相位值小于占空比参数时，选择输出上升沿浮点计算参数作为边沿浮点计算参数；当所述脉冲波相位值大于占空比参数时，选择输出下降沿浮点计算参数作为边沿浮点计算参数；

所述浮点计算单元用于根据第五选择器输出的边沿浮点计算参数对所述乘法器输出的第一乘积进行浮点运算得到变量值，并将所述变量值发送至所述第一比较器以及第三选择器。

9.根据权利要求7或8所述的基于DDS的脉冲波产生装置，其特征在于，所述DDS电路包括：

频率字累加器，用于获取频率控制字的累加值P；

第三减法器，用于计算所述累加值P与相位模之间的第三差值；

第二比较器，用于比较所述累加值P与相位模的大小；

第六选择器，用于选择输出第一相位值，当所述相位模大于所述累加值P时，则选择输出所述累加值P作为第一相位值，当所述累加值P大于相位模时，则选择输出所述第三差值作为第一相位值；所述相位模为频率字累加器累加的最大值；其中，所述第一相位值为所述脉冲波相位值。

10.根据权利要求9所述的基于DDS的脉冲波产生装置，其特征在于，所述DDS电路还包括：相位加法器、第二寄存器、第四减法器、第三比较器、第七选择器以及第三寄存器；

所述相位加法器用于获取起始相位与所述第一相位值之间的和值作为第二相位值，并将所述第二相位值发送至第二寄存器；所述起始相位为脉冲波的初始相位；

所述第四减法器用于计算所述第二相位值与相位模之间的第四差值；

所述第三比较器用于比较所述相位模与所述第二相位值的大小；

第七选择器用于选择输出脉冲波相位值至第三寄存器，当所述相位模大于所述第二相位值时，输出所述第二相位值作为所述脉冲波相位值；当所述相位模小于所述第二相位值时，输出所述第四差值作为所述脉冲波相位值。

11.一种基于DDS的脉冲波产生系统，其特征在于，包括模拟通道，以及如权利要求7-10任意一项所述的一种基于DDS的脉冲波产生装置，所述模拟通道用于对所述脉冲波产生装置输出的脉冲波相位值进行数模转换及滤波。