第三章 80x86尋址方式與指令系統(tǒng)

1、第8章 信號(hào)的產(chǎn)生,8.1 信號(hào)源概述信號(hào)源的作用和組成 信號(hào)源的分類 正弦信號(hào)源的性能指標(biāo),8.1.1 信號(hào)源在電子測(cè)量中的作用和組成,1.信號(hào)源的作用 信號(hào)源是能夠產(chǎn)生不同頻率、不同幅度的規(guī)則或不規(guī)則波形的信號(hào)發(fā)生器。 信號(hào)源的用途主要有以下三方面： ☆ 激勵(lì)源。 ☆ 信號(hào)仿真。 ☆ 標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)源。,2. 信號(hào)源的組成,,8.1.2 信號(hào)源的分類,1

2、. 按頻率范圍 大致可分為六類：? 超低頻信號(hào)發(fā)生器 0.0001Hz～1000Hz；? 低頻信號(hào)發(fā)生器 1Hz～1MHz；? 視頻信號(hào)發(fā)生器 20Hz～10MHz；? 高頻信號(hào)發(fā)生器 200KHz～30MHz；? 甚高頻信號(hào)發(fā)生器 30KHz～300MHz；? 超高頻信號(hào)發(fā)生器 300MHz以上。,2. 按輸出波形,大致可分為： ? 正弦波形發(fā)生

3、器； ? 脈沖信號(hào)發(fā)生器； ? 函數(shù)信號(hào)發(fā)生器； ? 噪聲信號(hào)發(fā)生器。,3. 按照信號(hào)發(fā)生器的性能指標(biāo) 可分為： ? 一般信號(hào)發(fā)生器； ? 標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)發(fā)生器；,1.  低頻信號(hào)發(fā)生器低頻信號(hào)發(fā)生器頻率范圍一般為20Hz～20KHz，故又稱音頻信號(hào)發(fā)生器,8.2 .1正弦、函數(shù)發(fā)生器,正弦信號(hào)發(fā)生器,2.  高頻信號(hào)發(fā)生器,高頻信號(hào)發(fā)生器輸

4、出頻率范圍一般在300KHz～1GHz，大多數(shù)具有調(diào)幅，調(diào)頻及脈沖調(diào)制等功能,8.2.2 脈沖信號(hào)發(fā)生器,常見的脈沖信號(hào)有矩形、鋸齒形、階梯形、鐘形和數(shù)字編碼序列等 ：,,脈沖發(fā)生器的分類（根據(jù)用途和產(chǎn)生脈沖的方法）：通用脈沖發(fā)生器、快速（廣譜）脈沖發(fā)生器、函數(shù)發(fā)生器、數(shù)字可編程脈沖發(fā)生器及特種脈沖發(fā)生器等。,8.2.2 通用脈沖發(fā)生器通用脈沖發(fā)生器能夠滿足一般測(cè)試的要求，能夠調(diào)節(jié)脈沖重復(fù)頻率、脈沖寬度、輸出幅度及極性等。,函數(shù)發(fā)生

5、器的性能和組成函數(shù)發(fā)生器能輸出方波，三角波，鋸齒波，正弦波等波形，具有較寬的頻率范圍（0.1Hz～幾十MHz）及較穩(wěn)定的頻率。,8.3 鎖相頻率合成信號(hào)的產(chǎn)生,頻率合成原理頻率的代數(shù)運(yùn)算是通過倍頻、分頻及混頻技術(shù)來實(shí)現(xiàn)。,8.3.1 頻率合成的基本概念,2. 頻率合成分類及特點(diǎn)⑴直接頻率合成 通過頻率的混頻、倍頻和分頻等方法來產(chǎn)生一系列頻率信號(hào)并用窄帶濾波器選出，下圖是其實(shí)現(xiàn)原理。,優(yōu)點(diǎn)：頻率切換迅速，相位噪聲

6、很低。缺點(diǎn)：電路硬件結(jié)構(gòu)復(fù)雜，體積大，價(jià)格昂貴，不便于集成化。,⑵鎖相式頻率合成 一種間接式的頻率合成技術(shù)。它利用鎖相環(huán)（PLL）把壓控振蕩器（VCO）的輸出頻率鎖定在基準(zhǔn)頻率上. 優(yōu)點(diǎn)：易于集成化，體積小，結(jié)構(gòu)簡單，功耗低，價(jià)格低等優(yōu)點(diǎn)。缺點(diǎn)：頻率切換時(shí)間相對(duì)較長，相位噪聲較大。,⑶直接數(shù)字合成（DDS） 是基于取樣技術(shù)和數(shù)字計(jì)算技術(shù)來實(shí)現(xiàn)數(shù)字合成，產(chǎn)生所需頻率的正弦信號(hào) 優(yōu)點(diǎn)：能實(shí)現(xiàn)快捷變和小步進(jìn)，且集成度高，體積小缺

7、點(diǎn)：頻率上限較低，雜散也較大。,3. 頻率合成技術(shù)的發(fā)展 各種頻率合成方式的綜合: 直接式、間接（鎖相環(huán)）式和直接數(shù)字式頻率合成技術(shù)都有其優(yōu)缺點(diǎn) ，單獨(dú)使用任何一種方法，很難滿足要求。因此可將這幾種方法綜合應(yīng)用，特別是DDS與PLL的結(jié)合,可以實(shí)現(xiàn)快捷變，小步進(jìn)及較高的頻率上限。,8.3.2 鎖相環(huán)（PLL）的基本概念,1. 鎖相環(huán)基本工作原理及性能 鎖相環(huán)是一個(gè)相位環(huán)負(fù)反饋控制系統(tǒng)。該環(huán)路由鑒相器（PD）、環(huán)路

8、濾波器（LPF）、電壓控制振蕩器（VCO）及基準(zhǔn)晶體振蕩器等部分組成 。,鑒相器完成輸入與輸出信號(hào)的相位比較，其輸出反映它們之間的相位差。環(huán)路濾波器用于濾除鑒相器輸出中的高頻成分和噪聲。壓控振蕩器實(shí)現(xiàn)對(duì)輸入頻率的跟蹤，以降低輸出信號(hào)與輸入信號(hào)的相位差，從而實(shí)現(xiàn)頻率的跟蹤。,鎖相環(huán)的主要性能指標(biāo):同步帶寬 ：鎖定條件下輸入頻率所允許的最大變化范圍 捕捉帶寬 ：環(huán)路最終能夠自行進(jìn)入鎖定狀態(tài)的最大允許的頻差 環(huán)路帶寬 : 鎖

9、相環(huán)的頻率特性具有低通濾波器的傳輸特性，其高頻截止頻率稱為環(huán)路帶寬。,2. 鎖相環(huán)的基本形式 ⑴倍頻式鎖相環(huán) 倍頻環(huán)實(shí)現(xiàn)對(duì)輸入頻率進(jìn)行乘法運(yùn)算，主要有兩種形式：諧波倍頻環(huán)和數(shù)字倍頻環(huán)。數(shù)字倍頻環(huán)在反饋回路加入數(shù)字分頻器,鎖相環(huán)路鎖定時(shí)，f0=Nfi .,⑵分頻式鎖相環(huán) 分頻環(huán)實(shí)現(xiàn)對(duì)輸入頻率的除法運(yùn)算，與倍頻環(huán)相似，也有兩種基本形式。,⑶混頻式鎖相環(huán) 混頻環(huán)實(shí)現(xiàn)對(duì)頻率的加減運(yùn)算,3.多環(huán)合成單元單環(huán)合成單元存在頻率點(diǎn)

10、數(shù)目較少，頻率分辨率不高等缺點(diǎn)，所以一個(gè)合成式信號(hào)源都是由多環(huán)合成單元組成,8.４ 直接數(shù)字合成技術(shù),１ DDS組成原理直接數(shù)字合成（Direct Digital Synthesis）的基本原理是基于取樣技術(shù)和計(jì)算技術(shù)，通過數(shù)字合成來生成頻率和相位對(duì)于固定的參考頻率可調(diào)的信號(hào)。,8.４.１　直接數(shù)字合成基本原理,設(shè)取樣時(shí)鐘頻率為，正弦波每一周期由Ｎ個(gè)取樣點(diǎn)構(gòu)成，則該正弦波的頻率為：,,,2 相位累加器原理,當(dāng)改變地址計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)步進(jìn)值（

11、即以值M來進(jìn)行累加），同樣可以改變每周期采樣點(diǎn)數(shù)，從而實(shí)現(xiàn)輸出頻率的改變 。,N,每來一個(gè)時(shí)鐘，N位相位累加器將頻率控制字M與相位寄存器的輸出累加。同時(shí)，相位寄存器序列的高M(jìn)位去尋址相位/幅度查找表RAM。,３．ＤＤＳ性能：,1. 頻率合成器的頻率分辨力是：2. 設(shè)相位累加器位數(shù)為N，頻率控制字為M，參考時(shí)鐘頻率為fc，則DDS輸出頻率為：,,,,實(shí)際應(yīng)用中一般取1≤M≤(N-2) 截?cái)嗾`差：一般舍去N的低位，只取N的高A位（如

12、高16位）作為存儲(chǔ)器地址，使得相位的低位被截?cái)啵聪辔唤匚玻?。由于地址截?cái)喽鸬姆嫡`差，稱為截?cái)嗾`差。,8.４.2　DDS頻率合成信號(hào)源,1 單片集成化的DDS信號(hào)源,輸出,輸出,2 基于可編程芯片的DDS頻率合成信號(hào)源,單片集成的DDS芯片合成信號(hào)波形的種類較少，靈活性較差，不便于任意波發(fā)生器等場(chǎng)合的應(yīng)用?；诳删幊绦酒瑢?shí)現(xiàn)的DDS信號(hào)合成可具有更大的靈活性。,Verilog HDL設(shè)計(jì)頂層文件,3 DSS/PLL組合的頻率合成信