基于AD9850的嵌入式信號源設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)
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(3)DAC的轉(zhuǎn)換誤差，即DAC中非線性引起的轉(zhuǎn)換誤差：DAC有限的分辨率、非線性特性以及轉(zhuǎn)換過程中出現(xiàn)的尖峰脈沖均會導(dǎo)致頻譜質(zhì)量變壞。因此，低通濾波器的使用是非常必要的，其性能的優(yōu)劣直接關(guān)系到整個(gè)DDS的技術(shù)指標(biāo)。
低通濾波器可以分為巴特沃什濾波、切比雪夫?yàn)V波、貝賽爾濾波和橢圓濾波等。巴特沃什低通濾波器通帶和阻帶都是平坦的，但是其過渡帶太過平緩；切比雪夫低通濾波器的通帶是等波紋抖動(dòng)的，阻帶是平坦的，過渡帶比巴特沃什稍陡；貝賽爾低通濾波器和切比雪夫低通剛好相反，通帶平坦，阻帶是等波紋抖動(dòng)的；橢圓低通濾波器的通帶和阻帶都是抖動(dòng)的。但是其過渡帶下降迅速，過渡帶很窄。在該系統(tǒng)中，為了使輸出信號頻率最高10 MHz時(shí)能夠最低程度地降低AD9850外部系統(tǒng)時(shí)鐘30 MHz的干擾，采用具有較窄過渡帶特性的橢圓濾波器，并采用7階橢圓低通濾波。根據(jù)系統(tǒng)要求，輸出信號的頻率可達(dá)10 MHz，設(shè)定其通帶為10 MHz，且7階濾波具有下降速度更快的過渡帶，可以有效地濾除10 MHz以上的高頻干擾?？紤]到實(shí)際的橢圓濾波器設(shè)計(jì)與理論分析是有所不同的，在此使用Multisim 9經(jīng)行仿真后得出橢圓濾波器的具體參數(shù)。橢圓低通濾波器的電路圖如圖5所示。本文引用地址：http://m.butianyuan.cn/article/152343.htm
2 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)
軟件設(shè)計(jì)主要分為菜單操作和頻率控制值計(jì)算兩部分。在系統(tǒng)中通過外接4×4軟鍵盤輸入設(shè)定頻率和調(diào)整步進(jìn)。一共16個(gè)按鍵，不同的按鍵代表著不同的數(shù)字和功能，除了正常的10個(gè)數(shù)字鍵0～9外，為了方便頻率值的輸入，還設(shè)計(jì)了菜單鍵、刪除鍵、步進(jìn)一、步進(jìn)十、確認(rèn)鍵、輸出鍵等功能鍵。通過輸入0～9數(shù)字鍵，輸入設(shè)定頻率；按下確認(rèn)鍵，輸出相應(yīng)頻率的波形；按下菜單鍵，可根據(jù)需要按下1，2，3數(shù)字鍵，分別選擇1 Hz，10 Hz，100 Hz三個(gè)檔位的頻率步進(jìn)；按下確認(rèn)鍵，此后按下步進(jìn)+、步進(jìn)一即可對輸出信號進(jìn)行頻率的步進(jìn)調(diào)整；欲重新設(shè)定頻率只需按下刪除鍵，再次輸入預(yù)設(shè)的頻率即可。
該系統(tǒng)中單片機(jī)與AD9850采用串行通信方式連接。其中，頻率控制字的計(jì)算：AD9850的時(shí)鐘信號采用30 MHz，根據(jù)式(1)得：
式中：fo為從鍵盤上輸入的頻率值。式(3)計(jì)算的結(jié)果在不影響精度的情況下舍去小數(shù)部分，轉(zhuǎn)換為32位的頻率控制字。AD9850有40位控制字，32位用于頻率控制，5位用于相位控制，1位用于電源休眠(PowerDown)控制，2位用于選擇工作方式。這40位控制字可通過并行方式或串行方式輸入到AD9850。實(shí)際應(yīng)用中，工作方式選擇位通常設(shè)定成00，該系統(tǒng)中AD9850的40位控制字高8位設(shè)置為00H。串行接口方式下需滿足的時(shí)序關(guān)系為：在W_CLK的上升沿，引腳D7上的數(shù)據(jù)自最低有效位開始逐位串行移人輸入寄存器，40位數(shù)據(jù)輸入結(jié)束后，任何W_CLK上升沿到來，都會造成數(shù)據(jù)順序移出并導(dǎo)致原來數(shù)據(jù)無效。此時(shí)，F(xiàn)Q_UD端的上升沿將40位數(shù)據(jù)裝入頻率／相位控制寄存器，更新芯片的輸出頻率和相位，同時(shí)把地址指針復(fù)位到第一個(gè)輸入寄存器，等待下一組新數(shù)據(jù)的寫入。AD9850的控制字串行輸入時(shí)序圖如圖6所示。
該系統(tǒng)的總程序框圖如圖7所示，程序開始后，運(yùn)行初始化程序，包括初始化單片機(jī)MSP430F149、初始化AD9850、初始化液晶顯示模塊1602等。然后掃描鍵盤狀態(tài)，檢查到有鍵按下就運(yùn)行鍵值處理程序，對按鍵值進(jìn)行查表處理，之后執(zhí)行相應(yīng)的子程序。輸入的信號相關(guān)信息通過運(yùn)行液晶顯示程序，在LCD上顯示正確的輸入數(shù)據(jù)和提示字符。在按下確認(rèn)鍵后，MSP430F149計(jì)算出所需信號的數(shù)據(jù)或控制命令，將其傳送到AD9850，輸出最終信號。
3 系統(tǒng)測試與結(jié)果分析
為了檢驗(yàn)本系統(tǒng)的實(shí)際性能，在完成所有設(shè)計(jì)后，使用HDSTO22M型示波表對該系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)測，經(jīng)過實(shí)驗(yàn)測試系統(tǒng)達(dá)到下列性能指標(biāo)：輸出信號頻率范圍為1 Hz～10 MHz；步進(jìn)調(diào)整為1 Hz，10 Hz，100 Hz三檔步進(jìn)；失真度無明顯失真；輸出電壓峰峰值為1～10 V；頻率穩(wěn)定度優(yōu)于10-4。
4 結(jié) 語
在此給出一種基于DDS芯片AD9850和MSP430F149單片機(jī)的嵌入式信號源設(shè)計(jì)方法，該信號源可輸出頻率范圍為1 Hz～10 MHz的正弦波和方波，且具有頻率設(shè)定1 Hz，10 Hz，100 Hz多檔步進(jìn)調(diào)整和幅度調(diào)節(jié)的功能?？梢酝ㄟ^按鍵進(jìn)行頻率值設(shè)定，并有LCD顯示波形的頻率等信息，經(jīng)實(shí)驗(yàn)測試，在1 Hz～10 MHz頻率范圍內(nèi)，得到的正弦波方波信號具有頻率穩(wěn)定性好，頻率準(zhǔn)確度高及頻率分辨率高等特點(diǎn)。
該設(shè)計(jì)的創(chuàng)新點(diǎn)在于：將DDS芯片AD9850與超低功耗的MSP430F149單片機(jī)結(jié)合，提出了具有較高性價(jià)比和集成度、低功耗的嵌入式信號源設(shè)計(jì)方案；并且AD9850與MSP430F149采用串行連接方式，節(jié)省單片機(jī)的I／O資源，便于系統(tǒng)的功能擴(kuò)展和產(chǎn)品升級。該信號源具有精度高，頻率范圍寬，頻率輸出穩(wěn)定，體積小，功耗低，控制靈活方便的特點(diǎn)，可廣泛應(yīng)用于日常教學(xué)和科研工作中，如果再經(jīng)過結(jié)構(gòu)優(yōu)化，將具有良好的市場前景。
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