基于DDS數(shù)字頻率合成信號發(fā)生器的設(shè)計(jì)課件

項(xiàng)目背景：

信號源是現(xiàn)代電子系統(tǒng)的重要組成部分在通信、測控、導(dǎo)航、雷達(dá)、醫(yī)療等領(lǐng)域有著廣泛的應(yīng)用，而且信號源作為現(xiàn)代電子產(chǎn)品設(shè)計(jì)和生產(chǎn)中的重要工具，必須滿足高精度、高速度、高分辨率、頻率可調(diào)等要求。項(xiàng)目背景：1信號源的產(chǎn)生方法有多種(如圖1)：傳統(tǒng)的RC或LC自激振蕩器方式、采用專用IC芯片方式、采用FPGA+D/A、鎖相環(huán)技術(shù)、直接數(shù)字頻率合成技術(shù)等等信號源的產(chǎn)生方法有多種(如圖1)：傳統(tǒng)的RC或LC自激振蕩器2傳統(tǒng)的RC或LC自激振蕩器方式的信號源組成較繁雜調(diào)試較困難，不易實(shí)現(xiàn)程控，已不能適應(yīng)新的要求。采用專用IC芯片構(gòu)成的信號發(fā)生器，其輸出信號受外部分立器件參數(shù)的影響很大，且輸出信號頻率不能太高，同時無法實(shí)現(xiàn)頻率步進(jìn)調(diào)節(jié)，不便于擴(kuò)展較高的使用要求。采用FPGA+D/A可實(shí)現(xiàn)正弦信號發(fā)生器的設(shè)計(jì)，同時可實(shí)現(xiàn)頻率步進(jìn)調(diào)節(jié);但當(dāng)輸出高頻信號時，需要高速D/A來配合工作，成本較高。直接數(shù)字頻率合成的應(yīng)用，可獲得高精度的信號源。目前,頻率合成技術(shù)是研制信號源的最關(guān)鍵技術(shù)。傳統(tǒng)的RC或LC自激振蕩器方式的信號源組成較繁雜調(diào)試較困難3直接數(shù)字頻率合成技術(shù)

(DirectDigitalFrequencySynthesis，DDS)是從相位概念出發(fā)直接合成所需波形的一種新的頻率合成技術(shù)。直接數(shù)字頻率合成技術(shù)(DirectDigitalFreq4●一個直接數(shù)字頻率合成器通常由相位累加器、波形存儲ROM、D／A轉(zhuǎn)換器和低通濾波器(LPF)

組成。頻率控制字K相位累加器相位地址寄存器正弦查表(ROM)D/ALPF參考信號fcN位S(n)S(t)

DDS基本原理圖一典型DDS的原理框圖●一個直接數(shù)字頻率合成器通常由相位累加器、波形存儲R5頻率控制字K相位累加器相位地址寄存器正弦查表(ROM)D/ALPF參考信號fcN位S(n)S(t)工作過程為:1、根據(jù)參考信號fc的時鐘脈沖,N位累加器將頻率控制字K循環(huán)累加，把相加后的結(jié)果通過相位寄存器作為取樣地址送入波形表。2、波形表根據(jù)這個地址值輸出相應(yīng)的波形數(shù)據(jù)S(n)3、最后經(jīng)D/A轉(zhuǎn)換和濾波將波形數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換成所需要的波形。頻相位累加器相位地址寄存器正弦查表(ROM)D/ALPF參6在一個系統(tǒng)時鐘周期內(nèi)，正弦信號相位的變化由下式?jīng)Q定：(1)

假定時間間隔以系統(tǒng)時鐘周期可得：

(2)

在一個系統(tǒng)時鐘周期內(nèi)，正弦信號相位的變化由下式?jīng)Q定：(1)7把0～2的連續(xù)相位量化為0～2N位數(shù)字相位，則可以表示為：

(3)根據(jù)公式(2)和公式(3)，推算出：(4)把0～2的連續(xù)相位量化為0～2N位數(shù)字相位，則可以表示為：8輸出微處理器AT89S52鍵盤控制液晶顯示DDS信號發(fā)生器5階橢圓濾波器乘法器AD534TLC5615D/A晶振100MHZ電源5V項(xiàng)目系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)框圖

輸出鍵盤液晶DDS信號發(fā)生器5階橢圓濾波器乘法器TLC5619項(xiàng)目系統(tǒng)硬件原理圖

項(xiàng)目系統(tǒng)硬件原理圖10項(xiàng)目創(chuàng)新點(diǎn)：1、DDS數(shù)字頻率合成信號源輸出精度高，頻率范圍寬，頻率輸出穩(wěn)定，功耗低，控制方便。2、將DDS芯片AD9850與超低功耗的AT89S52單片機(jī)相結(jié)合，提出了具有較高性價比和集成度、低功耗的嵌入式信號源設(shè)計(jì)方法。3、在整體設(shè)計(jì)中采用軟件代替硬件的方法減少了硬件上的設(shè)計(jì)；4、將液晶1602和AD9850的8位并行數(shù)據(jù)輸入口用同一單片機(jī)端口輸入，節(jié)省了單片機(jī)I/O口的資源，便于系統(tǒng)的擴(kuò)展和升級；項(xiàng)目創(chuàng)新點(diǎn)：11項(xiàng)目成果：1、信號源能夠穩(wěn)定的輸出幅值1V、輸出頻率范圍：1Hz～10MHz的正弦波和幅值5V、輸出頻率范圍：1Hz～10MHz的方波，步進(jìn)值可選，有1HZ、10HZ、100HZ、1KHZ、10KHZ、100KHZ。2、2009年亞太地區(qū)機(jī)器人大賽，全國十六強(qiáng),優(yōu)秀獎,最佳組織獎。3、2009年全國大學(xué)生電子設(shè)計(jì)大賽，全國二等獎，自治區(qū)一等獎。4、發(fā)表論文《基于AVR微處理器的程控濾波器的設(shè)計(jì)》，新疆大學(xué)學(xué)報(bào)。5、在校內(nèi)完成了RC有源濾波器的設(shè)計(jì)與調(diào)試，功率放大器設(shè)計(jì)與調(diào)試，整流、濾波、穩(wěn)壓電路的設(shè)計(jì)與調(diào)試、穩(wěn)壓電源的設(shè)計(jì)。6、在校外完成"基于PID算法的水溫控制器設(shè)計(jì)"項(xiàng)目。項(xiàng)目成果：12應(yīng)用前景

可適用于教學(xué)實(shí)驗(yàn)和科研工作中現(xiàn)在我們實(shí)驗(yàn)室使用的信號源都用這個DDS數(shù)字頻率信號發(fā)生器！！應(yīng)用前景現(xiàn)在我們實(shí)驗(yàn)室使用的信號源都用這13制作過程體會濾波器設(shè)計(jì)方面團(tuán)隊(duì)合作方面軟硬件調(diào)試方面獲取所需資料信息分析問題、解決問題能力制作過程體會濾波器設(shè)計(jì)方面團(tuán)隊(duì)