3.3 硬件介绍

旋转编码器

旋转编码器的向左向右旋转可以调节所选参数的大小，向右是增大，向左是减小。

改变参数步进值

当按下编码器时可以改变调节参数的步进值。

频率一共有8个步进值，从1Hz开始每次提高十倍；幅度一共有两种步进值：0.1V和1V。

训练板大按键

左侧：波形切换按键

按下这个按键可以切换波形，一共有4种波形：正弦波、矩形波、三角波和直流波形。

右侧：光标切换按键

按下这个按键可以使得光标在频率和幅度之间切换，我们通过它选择要调节的参数。 彩色LED灯

这上下两个灯表示光标所在的参数。在同一时刻只会亮起一盏灯，上面的灯亮表示光标在频率上面，下面的灯亮时表示光标在幅度上面。

单色LED灯排

这个灯排显示的是频率参数调节的步进值，也可以理解为是频率调节的数字的位置。举个例子，当从右往左数第三个红灯亮时，此时调节频率的步进值就是100。

复位键：核心板上的最右侧按键

按下复位键可以让程序恢复到初始状态。

OLED屏幕

波形形状显示

中部Waveform右侧显示了当前波形的形状，一共有四种图案：正弦波、矩形波、三角波和直流波形。

波形频率显示

下方Frequency下一行显示了8位数字组成的频率值，后方单位为Hz。

波形幅度显示

下方Amplitude后方显示了由个位和十分位组成的幅度值，后方单位为V。

DAC输出模块

DAC输出模块的输入端口有9位数字输入端口和1个频率输入端口，有1个模拟信号输出端口。通过该模块实现数字量到模拟量的转换，在右侧引脚可以使用多功能调试助手的示波器功能对其输出波形进行测量。

DDS的实现

DDS信号发生器采用直接数字合成，英语名Direct Digital Synthesis,简称为DDS。DDS的实现包括查找表、相位控制器和DAC、外部滤波器。

DDS技术是根据奈奎斯特取样定律，从连续信号的相位出发，将正弦信号取样，编码，量化，形成一个正弦函数表，存在EPROM中，合成时，通过改变相位累加器的频率字来改变相位增量，也就是我们所称的步长。相位增量的不同导致一个周期内取样点的不同，在时钟频率即采样频率不变的情况下，通过相位的改变来改变频率。

本项目使用120MHz主频，目的是为了提高输出信号的最大频率。而核心板的时钟频率为12MHz，这里使用Lattice中的锁相环IP核将DAC的输入时钟频率提高到120MHz。

相位累加寄存器是DDS的核心，在我的设计中相位寄存器的字长为 28 bit，可以使得频率分辨率达到 120*10^6 / 2^28 = 0.447Hz.

输出信号的最大频率与主频的关系：fo=(M x fc )/(2^n)。其中fo为DDS信号源的输出频率，M为相位步进的步长，fc为DDS的输入时钟频率，n为累加器总位宽。当相位步进约为20*(2^28)/120=44739时即可达到20MHz的输出信号频率。

DDS系统中的幅度调制可以通过在查找表和DAC输入之间放置数字乘法器来实现。幅度的字长的是4bit，可以实现0-15的数字表示，这里代表0-10个0.1V，因此是幅度输出是0-1V，调节分辨率为0.1V