基于DDS的高精度函數(shù)信號發(fā)生器的研制
摘要:基于直接數(shù)字頻率合成技術(shù)(DDS),采用單片機實現(xiàn)對DDS芯片AD9852的控制,提出一種高精度函數(shù)信號發(fā)生器的實現(xiàn)方案。重點介紹了單片機與AD9852的硬件接口電路、整個系統(tǒng)的軟件設(shè)計以及單片機中對48 b頻率控制字的處理方法。此方法在單片機程序設(shè)計中處理多于32 b的整型數(shù)據(jù)時具有借鑒意義。此系統(tǒng)具有高頻率、高精度的主要特
點,且控制靈活方便,具有廣闊的應(yīng)用前景。
關(guān)鍵詞:DDS;AD9852;頻率控制字;信號發(fā)生器
直接數(shù)字頻率合成技術(shù)(Direct Digital Frequency Synthesis,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。
1 DDS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O.4fosc內(nèi)。可見當(dāng)AD9852參考時鐘頻率為300 MHz時,完全可以滿足輸出頻率為50 MHz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AT89C55作為控制核心,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HD7279和AD9852的控制。
由于AD9852使用CMOS工藝,供電電壓是3.3V,而單片機使用的是TLL電平,所以要在TLL電路與CMOS電路之間進行電平轉(zhuǎn)換。該系統(tǒng)選擇了74LVTl6245作為5 V邏輯電平到3.3V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
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