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基于ATmega8的DDS信號發(fā)生器的設(shè)計

作者: 時間:2013-12-27 來源:網(wǎng)絡(luò) 收藏

  1引言 

  頻率源是雷達(dá)、通信、電子對抗與電子系統(tǒng)實現(xiàn)高性能指標(biāo)的關(guān)鍵,很多現(xiàn)代電子設(shè)備和系統(tǒng)的功能都直接依賴于所用頻率源的性能,因此頻率源被人們喻為眾多電子系統(tǒng)的“心臟”。而當(dāng)今高性能的頻率源均通過頻率合成技術(shù)來實現(xiàn)。頻率合成器是利用一個或多個標(biāo)準(zhǔn)信號,通過各種技術(shù)途徑產(chǎn)生大量離散頻率信號的設(shè)備。傳統(tǒng)的頻率合成器有直接模擬合成法與鎖相環(huán)合成法兩種。直接模擬合成法利用倍頻、分頻、混頻及濾波,從單一或幾個參考頻率中產(chǎn)生多個所需的頻率。該方法頻率轉(zhuǎn)換時間快(小于100ns),但是體積大、功耗大,目前已基本不被采用。鎖相環(huán)式頻率合成器具有很好的窄帶跟蹤特性,可以很好地選擇所需頻率的信號,抑制雜散分量,并且避免了大量的濾波器,有利于集成化和小型化。但存在高分辨率和快轉(zhuǎn)換速度之間的矛盾,一般只能用于大步進頻率合成技術(shù)中。

  直接數(shù)字頻率合成()是近年來發(fā)展起來的一種新的頻率合成技術(shù)。其主要優(yōu)點是相對帶寬很寬、頻率轉(zhuǎn)換時間極短(可小于20ns)、頻率分辨率很高、全數(shù)字化結(jié)構(gòu)便于集成、輸出相位連續(xù)、頻率、相位和幅度均可實現(xiàn)程控。因此,能夠與計算機緊密結(jié)合在一起,充分發(fā)揮軟件的作用。作為應(yīng)用,現(xiàn)在已有產(chǎn)品用于接收機本振、、通信系統(tǒng)、雷達(dá)系統(tǒng)、跳頻通信系統(tǒng)等。

  2的基本工作原理

  直接數(shù)字頻率合成是采用數(shù)字化技術(shù),通過控制相位的變化速度,直接產(chǎn)生各種不同頻率信號的一種頻率合成方法。DDS的基本結(jié)構(gòu)如圖1所示,它主要由相位累加器、正弦ROM表、D/A轉(zhuǎn)換器和低通濾波器構(gòu)成。

  參考時鐘fr由一個穩(wěn)定的晶體振蕩器產(chǎn)生。相位累加器由N位加法器與N位相位寄存器級聯(lián)構(gòu)成,類似于一個簡單的加法器。每來一個時鐘脈沖,加法器將頻率控制數(shù)據(jù)與相位寄存器輸出的累積相位數(shù)據(jù)相加,把相加后的結(jié)果送至相位寄存器的數(shù)據(jù)輸入端。相位寄存器將加法器在上一個時鐘作用后所產(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的作用下繼續(xù)與頻率控制數(shù)據(jù)相加。這樣,相位累加器在參考時鐘的作用下,進行線性相位累加,當(dāng)相位累加器累積滿量時就會產(chǎn)生一次溢出,完成一個周期性的動作,這個周期就是DDS合成信號的一個頻率周期,累加器的溢出頻率就是DDS輸出的信號頻率。

  在參考時鐘fr的控制下,頻率控制字由累加器累加以得到相應(yīng)的相位數(shù)據(jù),把此數(shù)據(jù)作為取樣地址,來尋址正弦ROM表進行相位-幅度變換,即可在給定的時間上確定輸出的波形幅值。DAC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,這樣即可得到由頻率控制字決定的連續(xù)變化的輸出正弦波。

  DDS的輸出頻率f0和參考時鐘fr、相位累加器長度N以及頻率控制字FSW的關(guān)系為:基于ATmega8的DDS信號發(fā)生器的設(shè)計 ; DDS的頻率分辨率為:基于ATmega8的DDS信號發(fā)生器的設(shè)計 ;由于DDS的輸出最大頻率受奈奎斯特抽樣定理限制,所以DDS 的最高輸出頻率為fr/2,但在實際設(shè)計的DDS系統(tǒng)中,由于輸出濾波器的非理想性,一般輸出信號的最大頻率只能達(dá)到參考時鐘頻率fr的40%左右。

  3基于的DDS設(shè)計

 ?。?)硬件設(shè)計

基于ATmega8的DDS信號發(fā)生器的設(shè)計

  系統(tǒng)框圖如圖2所示。

  本系統(tǒng)采用AD公司的DDS芯片AD9832。AD9832是一塊集成了一個32位的相位累加器、正弦函數(shù)功能查詢表和一個10位D/A轉(zhuǎn)換器的CMOS芯片。它的最高時鐘頻率為25MHz,內(nèi)部包含兩個32位的頻率寄存器和四個12位的相位寄存器,可以產(chǎn)生一個最高頻率為10MHz,頻率和相位都可以編程控制的模擬正弦波,它的頻率分辨率為0.00582Hz,相移可以是(360/4096)°的任意整數(shù)倍,易于實現(xiàn)靈活的高精度PSK和FSK調(diào)制。

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