精品文檔-下載后可編輯基于DDS的高函數(shù)信號發(fā)生器研制-基礎(chǔ)電子引言

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)。DDS技術(shù)具有相對帶寬寬、頻率轉(zhuǎn)換時間短、頻率分辨率高等優(yōu)點，廣泛用于高精度頻率合成和任意信號發(fā)生。本文采用單片機控制DDS芯片，設(shè)計實現(xiàn)了一種高精度多波形的信號源。

1DDS原理

DDS的基本結(jié)構(gòu)包括：相位累加器、正弦查詢表、數(shù)模轉(zhuǎn)換器（DAC）及低通濾波器等。DDS原理如圖1所示。

圖1中信號輸出頻率和參考時鐘頻率的關(guān)系表達式為：

其中：fo為輸出頻率，fosc為參考時鐘頻率，F(xiàn)TW為頻率控制字，N為頻率控制字的位數(shù)。由于N是一個固定值，那么只要改變FTW的大小就能得到所需要的頻率值，而且頻率的分辨率由N值決定，當(dāng)N值越大則分辨率越高。由Nyquist取樣定理可知，要恢復(fù)理想波形，在理想低通濾波器的條件下，輸出頻率必須小于時鐘參考頻率的用50%,即fo1/2fosc,若超過這個范圍，則一階鏡像頻率就會落在Nyquist帶寬內(nèi)。而實際的LPF都有一個過渡帶的問題，所以為了更好地去除一階鏡像帶來的雜散，一般將DDS的輸出頻率限制在014fosc內(nèi)?？梢姰?dāng)AD9852參考時鐘頻率為時，完全可以滿足輸出頻率為50MHz的設(shè)計要求。

2系統(tǒng)設(shè)計

2.1硬件設(shè)計

系統(tǒng)設(shè)計原理如圖2所示。

該設(shè)計選用單片機作為控制，其與DDS芯片AD9852之間采用并口通信方式。單片機P1口作為LCD液晶顯示的數(shù)據(jù)總線，P0口用于AD9852地址總線和并口傳輸?shù)臄?shù)據(jù)總線，使用鎖存器74ALS573實現(xiàn)P0口復(fù)用，74ALS573鎖存輸出的六位數(shù)值為AD9852內(nèi)部寄存器的地址。P2和P3口作為控制口用于鍵盤芯片和AD9852的控制。

由于AD9852使用CMOS工藝，供電電壓是而單片機使用的是TLL電平，所以要在電路與CMOS電路之間進行電平轉(zhuǎn)換。該系統(tǒng)選擇了作為5V邏輯電平到313V邏輯電平的轉(zhuǎn)換器件。所需要輸出的頻率可通過按鍵設(shè)定得到，進行的操作同時在液晶上進行顯示。AD9852內(nèi)部系統(tǒng)時鐘頻率由外部有源晶振倍頻得到。

由于AD9852的內(nèi)部沒有低通濾波器，因此經(jīng)過內(nèi)部余弦DAC輸出的掃頻信號不可避免地含有高頻噪聲，所以信號輸出端口需外接低通濾波器抑制高頻干擾。該設(shè)計采用七階橢園函數(shù)濾波器。七階橢圓濾波器電路圖如圖3所示。

2.2軟件設(shè)計

軟件設(shè)計主要分為菜單操作和頻率控制值計算兩部分。不同的按鍵代表著不同的數(shù)字和功能，除了正常的10個數(shù)字鍵0～9外，為了方便頻率值輸入，還設(shè)計了左右移動鍵、刪除鍵、Output確認輸出鍵等功能鍵。

相應(yīng)的數(shù)值如頻率、相位、幅度輸入完成后按輸出鍵，即產(chǎn)生相應(yīng)的信號輸出。

整體軟件設(shè)計流程圖如圖4所示。

2.348b頻率控制字的處理

由于單片機C語言中數(shù)據(jù)運算多為32b,如單精度Float型、Long長整型，而Double雖是64b，但編譯時出錯故將介紹一種在單片機中計算頻率控制字的方法。

在該設(shè)計中取參考時鐘頻率fosc為300MHz,在的原理中介紹了輸出頻率的計算方法為：

那么根據(jù)式（1）就能推導(dǎo)出計算頻率控制字的表達式：

在計算頻率控制字時采用分割法，通過所需輸出頻率高低來分割，并引入了臨界頻率fL的概念。

首先將48b頻率控制字分割成16b+32b,使前面的16b都為0,則FTW=232時的fo為臨界頻率其值為當(dāng)fo≤fL1時，頻率控制字計算公式為當(dāng)fofL1時，通過把48b頻率控制字分成令前面的8b和面的8b等于0,引入臨界頻率fL2,可由算式（1）計算得到當(dāng)fL1fo≤fL2時，得到頻率控制字計算公式為當(dāng)fo大于fL2,即把后16b定為0,這時式中N=32,則頻率控制字計算公式為此時頻率分辨率為。同理可得當(dāng)輸出頻率小于fL1、大于fL1小于時分辨率分別為1107e-6Hz和2173e-4Hz,本方案設(shè)計為輸出頻率低于1MHz時分辨率為01001Hz,高于1MHz時分辨率為011Hz。由上可見此方法合理有效，解決了單片機48b頻率控制字算法，同時也達到了很高的頻率分辨率和度。

3結(jié)語

針對目前市場上的函數(shù)發(fā)生器存在的頻帶范圍窄、精度不高、準確度低、頻譜純度差等缺點，設(shè)計了一款高精度高頻數(shù)控函數(shù)信號發(fā)生器，該函數(shù)發(fā)生器具有頻帶范圍寬、精度高、頻譜純度好、頻率輸出穩(wěn)定等優(yōu)點。經(jīng)測試頻率范圍可以達到50MHz,頻率分辨率為并可以產(chǎn)生正弦波、FSK與BPSK波形?？蓱?yīng)用于日常教學(xué)與科研工作中，在晶體濾波器測試、復(fù)雜通信系統(tǒng)測試、音頻系統(tǒng)測試、高性能視頻測試等領(lǐng)域有廣泛的應(yīng)用前景。

參考文獻:

[1].LPFdatasheet/datasheet/LPF_1136707.html.[2].AD9852datasheet/datasheet/AD