第頁共頁1摘要:一種采用DDS技術(shù)的新型高精度數(shù)控信號源,可輸出正弦波、方波和三角波.系統(tǒng)中輸出波形的頻率采用數(shù)控方式,可實現(xiàn)對頻率的逐赫茲調(diào)節(jié),頻率精度優(yōu)于0.1Hz,最高輸出頻率可達30MHz左右.與傳統(tǒng)信號源相比,本設(shè)計具有輸出波形質(zhì)量好、頻率精度和穩(wěn)定性高、頻率范圍寬等優(yōu)點.設(shè)計方案簡潔,易于實現(xiàn).關(guān)鍵詞：DDS信號源單片機第一章緒論1.1課題研究的意義與作用1971年，美國學(xué)者j.Tierney等人撰寫的ADigitalFrequencySynthesizer-文首次提出了以全數(shù)字技術(shù)，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原理。限于當(dāng)時的技術(shù)和器件水平，它的性能指標(biāo)尚不能與已有的技術(shù)相比，故未受到重視。近10年間，隨著微電子技術(shù)的迅速發(fā)展，直接數(shù)字頻率合成器（DirectDigitalFrequencySynthesis簡稱DDS或DDFS）得到了飛速的發(fā)展，它以有別于其它頻率合成方法的優(yōu)越性能和特點成為現(xiàn)代頻率合成技術(shù)中的姣姣者。具體體現(xiàn)在相對帶寬寬、頻率轉(zhuǎn)換時間短、頻率分辨率高、輸出相位連續(xù)、可產(chǎn)生寬帶正交信號及其他多種調(diào)制信號、可編程和全數(shù)字化、控制靈活方便等方面，并具有極高的性價比。第頁共頁21.2DDS的研究現(xiàn)狀及發(fā)展趨勢在頻率合成（FS,FrequencySynthesis）領(lǐng)域中，常用的頻率合成技術(shù)有模擬鎖相環(huán)、數(shù)字鎖相環(huán)、小數(shù)分頻鎖相環(huán)（fractional-NPLLSynthesis）等，直接數(shù)字合成(DirectDigitalSynthesisDDS)是近年來新的頻率合成技術(shù)。單片集成的DDS產(chǎn)品是一種可代替鎖相環(huán)的快速頻率合成器件。DDS是產(chǎn)生高精度、快速變換頻率、輸出波形失真小的優(yōu)先選用技術(shù)。DDS以穩(wěn)定度高的參考時鐘為參考源，通過精密的相位累加器和數(shù)字信號處理，通過高速D/A變換器產(chǎn)生所需的數(shù)字波形（通常是正弦波形），這個數(shù)字波經(jīng)過一個模擬濾波器后，得到最終的模擬信號波形。如圖1-1所示，通過高速DAC產(chǎn)生數(shù)字正弦數(shù)字波形，通過帶通濾波器后得到一個對應(yīng)的模擬正弦波信號，最后該模擬正弦波與一門限進行比較得到方波時鐘信號。DDS系統(tǒng)一個顯著的特點就是在數(shù)字處理器的控制下能夠精確而快速地處理頻率和相位。除此之外，DDS的固有特性還包括：相當(dāng)好的頻率和相位分辨率（頻率的可控范圍達Hz級，相位控制小于0.09）,能夠進行快速的信號變換（輸出DAC的轉(zhuǎn)換速率300百萬次/秒）。這些特性使DDS在軍事雷達和通信系統(tǒng)中應(yīng)用日益廣泛。其實，以前DDS價格昂貴、功耗大（以前的功耗達Watt級）、DAC器件轉(zhuǎn)換速率不高，應(yīng)用受到限制，因此只用于高端設(shè)備和軍事上。隨著數(shù)字技術(shù)和半導(dǎo)體工業(yè)的發(fā)展，DDS芯片能集成包括高速DAC器件在內(nèi)的部件，其功耗降低到mW級（AD9851在3.3v時功耗為650mW），功能增加了，價格便宜。因此，DDS也獲得廣泛的應(yīng)用：現(xiàn)代電子器件、通信技術(shù)、醫(yī)學(xué)成像、無線、PCS/PCN系統(tǒng)、雷達、衛(wèi)星通信。第頁共頁31.3DDS的系統(tǒng)簡介1.3.1DDS的基本原理DDS的基本原理是利用采樣定理，通過查表法產(chǎn)生波形。DDS的結(jié)構(gòu)有很多種，其基本的電路原理可用圖1-2來表示。相位累加器由N位加法器與N位累加寄存器級聯(lián)構(gòu)成。每來一個時鐘脈沖f，加法器將頻率控制字與累加寄存器輸出的累加相位數(shù)據(jù)相加，把相加后的結(jié)果送至累加寄存器的數(shù)據(jù)輸入端。累加寄存器將加法器在上一個時鐘脈沖作用后所產(chǎn)生的新相位數(shù)據(jù)反饋到加法器的輸入端，以使加法器在下一個時鐘脈沖的作用下繼續(xù)與頻率控制字相加。這樣，相位累加器在時鐘作用下，不斷對頻率控制字進行線性相位累加。由此可以看出，相位累加器在每一個時鐘脈沖輸入時，把頻率控制字累加一次，相位累加器輸出的數(shù)據(jù)就是合成信號的相位，相位累加器的溢出頻率就是DDS輸出的信號頻率。用相位累加器輸出的數(shù)據(jù)作為波形存儲器（ROM）的相位取樣地址，這樣就可把存儲在波形存儲器內(nèi)的波形抽樣值（二進制編碼）經(jīng)查找表查出，完成相位到幅值轉(zhuǎn)換。波形存儲器的輸出送到DA轉(zhuǎn)換器，DA轉(zhuǎn)換器將數(shù)字量形式的波形幅值轉(zhuǎn)換成所要求合成頻率的模擬量形式信號。低通濾波器用于濾除不需要的取樣分量，以便輸出頻譜純凈的正弦波信號。DDS在相對帶寬、頻率轉(zhuǎn)換時間、高分辨力、相位連續(xù)性、正交輸出以及集成化等一系列性能指標(biāo)方面遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了傳統(tǒng)頻率合成技術(shù)所能達到的水平，為系統(tǒng)提供了優(yōu)于模擬信號源的性能。1.3.2DDS的性能特點（1）輸出頻率相對帶寬較寬輸出頻率帶寬為50%s（理論值）。但考慮到低通濾波器的特性和設(shè)計難度以及對輸出信號雜散的抑制，實際的輸出頻率帶寬仍能達到40%s。第頁共頁4（2）頻率轉(zhuǎn)換時間短DDS是一個開環(huán)系統(tǒng)，無任何反饋環(huán)節(jié)，這種結(jié)構(gòu)使得DDS的頻率轉(zhuǎn)換時間極短。事實上，在DDS的頻率控制字改變之后，需經(jīng)過一個時鐘周期之后按照新的相位增量累加，才能實現(xiàn)頻率的轉(zhuǎn)換。因此，頻率轉(zhuǎn)換的時間等于頻率控制字的傳輸時間，也就是一個時鐘周期的時間。時鐘頻率越高，轉(zhuǎn)換時間越短。DDS的頻率轉(zhuǎn)換時間可達納秒數(shù)量級，比使用其它的頻率合成方法都要短數(shù)個數(shù)量級。（3）頻率分辨率極高若時鐘s的頻率不變，DDS的頻率分辨率就由相位累加器的位數(shù)決定。只要增加相位累加器的位數(shù)N即可獲得任意小的頻率分辨率。目前，大多數(shù)DDS的分辨率在Hz數(shù)量級，許多小于MHz甚至更小。（4）相位變化連續(xù)改變DDS輸出頻率，實際上改變的每一個時鐘周期的相位增量，相位函數(shù)的曲線是連續(xù)的，只是在改變頻率的瞬間其頻率發(fā)生了突變，因而保持了信號相位的連續(xù)性。（5）輸出波形的靈活性只要在DDS內(nèi)部加上相應(yīng)控制如調(diào)頻控制FM、調(diào)相控制PM和調(diào)幅控制AM，即可以方便靈活地實現(xiàn)調(diào)頻、調(diào)相和調(diào)幅功能，產(chǎn)生FSK、PSK、ASK和MSK等信號。另外，只要在DDS的波形存儲器存放不同波形數(shù)據(jù)，就可以實現(xiàn)各種波形輸出，如三角波、鋸齒波和矩形波甚至是任意的波形。當(dāng)DDS的波形存儲器分別存放正弦和余弦函數(shù)表時，既可得到正交的兩路輸出。（6）其他優(yōu)點由于DDS中幾乎所有部件都屬于數(shù)字電路，易于集成，功耗低、體積小、重量輕、可靠性高，且易于程控，使用相當(dāng)靈活，因此性價比極高。第頁共頁5第二章AD9850簡介2.1AD9850功能概述AD9850是高穩(wěn)定度的直接數(shù)字頻率合成器件，內(nèi)部包含有輸入寄存器、數(shù)據(jù)寄存器、數(shù)字合成器（DDS）、10位高速D/A轉(zhuǎn)換器和高速比較器。AD9850高速的直接數(shù)字合成器（DDS）核心根據(jù)設(shè)定的32位頻率控制字和5位相移控制字，可產(chǎn)生0.029Hz到62.5MHz的正弦波信號和標(biāo)準(zhǔn)的方波信號。該器件提供了并行和串行控制字輸入，可通過并行接口或串行接口實現(xiàn)控制字的定入，以改變其輸出頻率和相位。其主要特性如下：（1）單電源供電，+5V或+3.3V；（2）功耗低，380mW(5V)，155mW(3.3V)；（3）具有電源關(guān)斷功能；（4）工作溫度：-40-+85。1.2AD9850的引腳功能AD9850是28腳SOP表面封裝，體積小，易用于便攜儀器。其AD9850排列如圖1所示，功能如下：（1）D0-D7