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精確控制DDS輸出信號(hào)幅度的一種新方法

作者:山東交通學(xué)院信息工程系 司朝良 時(shí)間:2008-09-12 來(lái)源:今日電子 收藏

  技術(shù)作為一種先進(jìn)的直接合成技術(shù),用數(shù)字控制的方法從一個(gè)頻率基準(zhǔn)源產(chǎn)生多種頻率,具有高可靠性、高集成度、高頻率分辨率及頻率變化快、控制靈活等特點(diǎn),在通信與儀表領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。采用芯片制作的信號(hào)源,輸出信號(hào)的頻率和幅度都可由微機(jī)來(lái)精確控制,調(diào)節(jié)非常方便,常用的幅度調(diào)節(jié)方法是在輸出端加數(shù)字增益控制電路,或者通過(guò)改變DAC的參考電壓或編程電阻來(lái)實(shí)現(xiàn)。本文介紹一種新的幅度控制方法,通過(guò)控制DDS的DAC滿刻度電流的大小來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)輸出幅度的調(diào)節(jié),能夠保證DDS的無(wú)雜散動(dòng)態(tài)輸出范圍()指標(biāo),而且控制手段更直接、更精確、更靈活。

本文引用地址:http://m.butianyuan.cn/article/87998.htm

  系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

  1 總體結(jié)構(gòu)

  系統(tǒng)主要由三部分組成:系統(tǒng),DDS信號(hào)產(chǎn)生與濾波部分,幅度控制部分。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示。采用AT89C52,作為控制中心,它負(fù)責(zé)DDS的信號(hào)產(chǎn)生和頻率刷新,同時(shí)輸出幅度控制信號(hào)調(diào)節(jié)的輸出電壓,進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)DDS輸出信號(hào)幅度的靈敏調(diào)節(jié)。


圖1 系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)圖

  DDS芯片采用美國(guó)ADI公司的AD9830。AD9830是一種完整的DDS(complete-DDS)芯片,內(nèi)部集成了10位的,采用差分形式輸出,可配置成單端輸出。其指標(biāo)高達(dá)72dB,采樣速率50MHz,最高輸出頻率可達(dá)25MHz。片內(nèi)還集成兩個(gè)頻率寄存器和四個(gè)相位寄存器,可方便地應(yīng)用于數(shù)字調(diào)制,實(shí)現(xiàn)FSK、QPSK和GMSK等多種調(diào)制功能。

  DDS輸出幅度的控制有多種方法,最傳統(tǒng)的方法是在DDS輸出端加數(shù)字增益控制電路,此外,也可以通過(guò)改變DAC的參考電壓或編程電阻來(lái)實(shí)現(xiàn)。AD9830的47腳(FSADJUST)是其DAC滿刻度輸出電流調(diào)整端,通常的用法是在該腳和地之間接一個(gè)編程電阻RSET,改變RSET的大小即可以調(diào)節(jié)AD9830的輸出信號(hào)幅度,但這種方法可操作性較差,控制精度也不高。通過(guò)分析和實(shí)驗(yàn),我們發(fā)現(xiàn),改變RSET的實(shí)質(zhì)就是改變FSADJUST支路電流,改變FSADJUST支路電流也就能調(diào)節(jié)DDS的輸出信號(hào)幅度。因而提出了這種新的控制方法。

  DDS輸出幅度控制部分主要包括一個(gè)12位的AD7531和運(yùn)算放大器TL071,通過(guò)這部分電路控制AD9830的DAC滿刻度電流的大小,達(dá)到改變AD9830的IOUT輸出電流的目的,進(jìn)而實(shí)現(xiàn)對(duì)輸出信號(hào)幅度的精確控制。

  2 硬件電路及接口設(shè)計(jì)

  系統(tǒng)的硬件電路如圖2所示。


圖2 硬件電路圖

  由于AD9830的輸入數(shù)據(jù)線為16根,需要對(duì)的數(shù)據(jù)線進(jìn)行擴(kuò)展。將單片機(jī)的P0口作為數(shù)據(jù)總線口,分時(shí)輸入到兩片8D觸發(fā)器74HC574中,兩片74HC574的時(shí)鐘信號(hào)Latch1和Latch2分別由單片機(jī)P1口的P1.4、 P1.5提供,這樣實(shí)現(xiàn)了數(shù)據(jù)線由8位到16位的擴(kuò)展。

  單片機(jī)P1口的低4位分別控制AD9830的頻率寄存器選擇信號(hào)FSELECT、復(fù)位信號(hào)RESET和相位寄存器選擇輸入信號(hào)PSEL0、PSEL1。P2口的低3位作為地址總線,與AD9830的A0~A2相連。復(fù)用端口P3的P3.6用作AD9830的寫(xiě)信號(hào)WR。

  為滿足D/A轉(zhuǎn)換器AD7531的12位分辨率要求,采用一片74HC175和一片74HC377實(shí)現(xiàn)數(shù)據(jù)由8位到12位的擴(kuò)展,74HC175和74HC377的時(shí)鐘信號(hào)分別由單片機(jī)P1口的P1.6、P1.7控制。

  D/A轉(zhuǎn)換器AD7531的參考電壓由AD9830的REFOUT輸出提供,為高穩(wěn)定的1.21V。

  單片機(jī)通過(guò)緩沖器送12位數(shù)據(jù)到AD7531,經(jīng)D/A轉(zhuǎn)換輸出控制電壓到運(yùn)放TL071,經(jīng)放大后輸出到AD9830的47腳(即FSADJUST端),改變AD7531的控制電壓即改變了AD9830的DAC滿刻度電流的大小,也就改變了AD9830的IOUT輸出電流的大小,因此實(shí)現(xiàn)了對(duì)DDS輸出信號(hào)幅度的精確控制。

  軟件設(shè)計(jì)

  軟件部分采用C語(yǔ)言設(shè)計(jì),主要包括DDS控制子程序和幅度控制子程序。
  DDS控制子程序完成對(duì)AD9830工作狀態(tài)、工作模式和頻率參數(shù)的設(shè)置,將單片機(jī)送來(lái)的數(shù)據(jù)寫(xiě)入片內(nèi)相應(yīng)的寄存器,控制信號(hào)的產(chǎn)生。

  幅度控制子程序主要通過(guò)計(jì)算,往D/A轉(zhuǎn)換器AD7531中置入適當(dāng)?shù)姆瓤刂谱郑瓿蓪?duì)DDS輸出信號(hào)幅度的精確和靈活控制。

  圖3為主程序流程圖,該流程沒(méi)有涉及調(diào)頻和調(diào)相功能。


圖3 主程序流程圖

  調(diào)試與實(shí)驗(yàn)結(jié)果

  在實(shí)際制作和調(diào)試中,采用四層印制版,中間兩層分別為模擬地和數(shù)字地,以加強(qiáng)屏蔽并有利于電源的濾波,在AD9830和AD7531的每個(gè)電源端,都采用0.1μF高頻電容濾波,同時(shí)注意印刷板合理走線,AD9830的數(shù)字地和模擬地分離,且匯總到金屬機(jī)殼的一點(diǎn)上,以降低數(shù)字部分的干擾,保證系統(tǒng)的噪聲和雜散性能。

  在幅度調(diào)整電路中,電阻R1起到減少漂移的作用,不可或缺。R4是限流電阻,一般取1kΩ,同時(shí)要注意TL071的電壓輸出值VDC不能過(guò)大,以保證AD9830的DAC滿刻度輸出電流IOUT不超過(guò)最大值21mA,VDC和IOUT滿足以下關(guān)系:
  IOUT=16×(1.21-VDC)/R4

  實(shí)驗(yàn)中,我們用Agilent83620A作為DDS的參考時(shí)鐘,驅(qū)動(dòng)AD9830產(chǎn)生頻率為1kHz~10MHz的正弦信號(hào),用HP8592E頻譜儀測(cè)量輸出,幅度調(diào)節(jié)步進(jìn)量在0.1~1dB之間變化時(shí),信號(hào)頻譜質(zhì)量無(wú)變化,無(wú)雜散動(dòng)態(tài)輸出范圍達(dá)到68dB。

  結(jié)論

  與輸出端加數(shù)字增益控制電路的傳統(tǒng)方法以及改變編程電阻的方法相比,本文提出的這種控制DDS輸出幅度的方法更便于實(shí)現(xiàn)精確的控制,同時(shí)又不影響DDS的其他功能,特別適用于需要改變輸出幅度又要實(shí)現(xiàn)數(shù)字調(diào)相功能的應(yīng)用場(chǎng)合。



評(píng)論


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