一種DDS技術(shù)的信號發(fā)生器分析與實現(xiàn)

1、【W(wǎng)ord版本下載可任意編輯】 一種DDS技術(shù)的信號發(fā)生器分析與實現(xiàn) 研究了一種基于DDS芯片AD9850和單片機(jī)AT89S52的信號發(fā)生器系統(tǒng)，能夠產(chǎn)生正弦波、三角波和方波三種波形。該系統(tǒng)頻率、幅值均可數(shù)控調(diào)節(jié)，相比傳統(tǒng)信號發(fā)生器的性能，具有頻帶寬、頻率穩(wěn)、波形良好、接口簡單、編程方便、成本低、易小型化等優(yōu)點(diǎn)。 1 DDS技術(shù)基本原理 DDS法實現(xiàn)正弦信號發(fā)生器的原理框圖，如圖l所示，主要由相位累加器、相位調(diào)制器、正弦ROM查找表、DA轉(zhuǎn)換器及低通濾波器構(gòu)成，其中相位累加器是整個DDS的，完成相位累加運(yùn)算。DDS技術(shù)是根據(jù)相位間隔對正弦信號開展取樣，將所得波形數(shù)據(jù)存儲在定制好的正弦ROM表格

2、中。頻率合成時，相位累加器在參考時鐘的作用下對時鐘脈沖開展計數(shù)，同時將累加器輸出的累加相位與頻率字輸入預(yù)置的相位增量相加，以相加后的結(jié)果形成正弦查詢表的地址；取出表中與該相位對應(yīng)的單元中的波形數(shù)據(jù)值，由DA轉(zhuǎn)換器輸出模擬信號，再經(jīng)低通濾波器使波形平滑，得到符合要求的模擬信號。 相位累加器由一個N位字長的加法器和N位累加存放器級聯(lián)而成，加法器可對頻率字輸入的二進(jìn)制碼開展累加運(yùn)算，累加存放器是典型的反應(yīng)電路，產(chǎn)生的累加結(jié)果作為正弦ROM查找表的下一個取樣地址值，把從波形表中取出的數(shù)據(jù)送到DA轉(zhuǎn)換器開展轉(zhuǎn)換，經(jīng)過濾波電路輸出正弦信號。相位累加器的計數(shù)長度與正弦查詢表中所存儲的相位分隔點(diǎn)數(shù)相同，由于相

3、位累加器的相位增量不同，將導(dǎo)致一周期內(nèi)的取樣點(diǎn)數(shù)不同，這樣輸出信號的頻率也相應(yīng)變化(實現(xiàn)變頻)。如果設(shè)定累加器的初始相位，則可以對輸出信號開展相位控制。由采樣原理可知，如果使用兩個相同的頻率合成器，并使其參考時鐘相同，同時設(shè)定相同的頻率字輸入、不同的初始相位，那么在原理上就具備了實現(xiàn)輸出兩路具有一定相位差的同頻信號的可能性，有效地解決了在一般通信信道中存在的相位不同步問題，這也是DDS技術(shù)的顯著優(yōu)點(diǎn)。 只要對相位的量化值開展累加運(yùn)算，就可得到正弦信號的當(dāng)前相位值；而用于累加的相位增量量化值B決定了信號的輸出頻率fout，并呈現(xiàn)簡單的線性關(guān)系。直接數(shù)字頻率合成技術(shù)就是根據(jù)上述原理而設(shè)計的數(shù)字控制

4、頻率合成器。 2 系統(tǒng)硬件電路設(shè)計 2.1 AD9850芯片介紹 AD9850是美國AD公司生產(chǎn)的高集成度DDS芯片，采用CMOS工藝，其功耗在3.3 V供電時僅為155 mW，擴(kuò)展工業(yè)級溫度范圍為-4080，采用28引腳的SSOP表面封裝形式。該芯片組成原理，如圖2所示，內(nèi)層虛線內(nèi)是一個完整的可編程DDS系統(tǒng)，外層虛線內(nèi)包含了AD9850的主要組成部分。AD9850內(nèi)含可編程DDS系統(tǒng)和高速比較器，能實現(xiàn)全數(shù)字編程控制的頻率合成。 在125 MHz的系統(tǒng)時鐘下，AD9850中32位的頻率字輸入可使輸出信號的頻率分辨率到達(dá)0.029 Hz，并具有5位的相位字輸入，允許相位按增量180，90，4

5、5，22.5，11.25或這些值的組合開展調(diào)整。芯片對輸入的標(biāo)準(zhǔn)正弦波，開展直接數(shù)字合成。輸入信號頻率為fclk=125 MHz，可生成0fclk2范圍內(nèi)的任意頻率的正弦波和方波。AD9850在接上時鐘電路之后，就可以產(chǎn)生一個頻率和幅值都可編程控制的模擬正弦波輸出，此正弦波可直接用作信號發(fā)生器，或者經(jīng)過內(nèi)部的高速比較器轉(zhuǎn)換為方波輸出。 2.2 硬件電路設(shè)計 該信號發(fā)生系統(tǒng)是以單片機(jī)AT89S52為控制器，以DDS芯片AD9850為，通過單片機(jī)控制功能芯片來實現(xiàn)頻率預(yù)置、控制字設(shè)置等產(chǎn)生相應(yīng)的信號輸出。AD9850實現(xiàn)信號發(fā)生器功能，微處理器控制DA轉(zhuǎn)換器，實現(xiàn)各種信號幅值的可調(diào)性。整個信號發(fā)生

6、系統(tǒng)的硬件電路主要由單片機(jī)及外圍控制電路、正弦信號發(fā)生器功能電路、積分電路、濾波電路和檢測電路等5部分組成，系統(tǒng)框圖，如圖3所示。其中鍵盤采用44矩陣式，主要用以設(shè)置頻率和幅值；波形采用LCDl602液晶顯示；LPF低通濾波和積分電路都采用模擬集成芯片LM324實現(xiàn)。 3 系統(tǒng)軟件設(shè)計 系統(tǒng)軟件設(shè)計采用匯編語言與C語言相結(jié)合來編寫程序，這樣不但提高程序?qū)﹄娐酚布目煽刂菩?，同時也增加了程序的可讀和可移植性。軟件模塊包括主程序(AT89S52初始化、AD9850初始化、LCDl602初始化)、顯示子程序、鍵盤輸入子程序、信號發(fā)生與控制子程序4部分組成。信號發(fā)生器系統(tǒng)主程序流程，如圖4所示。 4 實驗研究與數(shù)據(jù)分析 根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計的思想，開展硬件電路搭建、硬件調(diào)試、軟件調(diào)試及樣機(jī)聯(lián)調(diào)。使用電子實驗室提供的EEl64lC型函數(shù)信號發(fā)生器、YB217-3B型雙路數(shù)字毫伏表、EZl DS2250型數(shù)字示波器等設(shè)備對研制好的信號發(fā)生器開展測試。正弦波頻率和幅值實驗結(jié)果如下表1，表2所示，三角波頻率和幅值實驗結(jié)果，如下表3，表4所示，方波頻率和幅值實驗結(jié)果，如下表5，表6所示。 從實驗結(jié)果可以看出，本信號發(fā)生器系統(tǒng)產(chǎn)生的正弦波、三角波和方波，其頻率的相對誤差均低于0.5，其幅值的相對誤差均低于5，滿足設(shè)計