【正文】 l 編程工具介紹 ......................................................................................... 22 STCISP 下載工具介紹 ................................................................................. 23 6 硬件電路制作 .............................................................................................................. 24 原理圖的繪制 ........................................................................................................ 24 電路實現(xiàn)的基本步驟 ............................................................................................ 24 硬件測試波形圖 .................................................................................................... 25 7 結(jié) 論 ............................................................................................................................ 27 謝 辭 ................................................................................................ 錯誤 !未定義書簽。 參考文獻 .......................................................................................................................... 28 附 錄 .............................................................................................................................. 29 外文資料 .......................................................................................................................... 42 唐 山 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計 1 1 引言 在電子科技技術(shù)領(lǐng)域中，經(jīng)常要用一些信號作為測量基準信號或輸入信號，也就是所謂的信號源。信號源是各種各樣的，包括正弦波信號源、函數(shù)發(fā)生器、脈沖發(fā)生器、掃描發(fā)生器、任意波形發(fā)生器、合成信號源等。作為電子系統(tǒng)非常重要的組成部分的信號源，在很大程度上影響著系統(tǒng)的性能特點，因而常稱之為電子系統(tǒng)的測試信號源。隨著電子技術(shù)的發(fā)展，對信號源的要求越來越高，要求其輸出頻率高達微波頻段甚至更高，頻率范圍從零 Hz 到幾 GHz 頻率分辨率達到 mHz 甚至更小，相應(yīng)頻點數(shù)更多 。頻率轉(zhuǎn)換時間更是達到 ns 級，頻譜純度越來越高。同時，對頻率合成器能耗、體積大小、重量等也有更高的規(guī)格要求。現(xiàn)在要求信號源能產(chǎn)生波形的種類多、頻率范圍高，而且還要體積小、可靠性高、操作簡單靈活、使用方便及可由計算機控制等特點。 當今高性能的信號源均通過頻率合成技術(shù)來實現(xiàn)。隨著 計算機、數(shù)字集成電路和微電子技術(shù)的發(fā)展，頻率合成技術(shù)有了新的突破 ,直接數(shù)字頻率合成技術(shù) (Direct Digital Synthesis DDS)，它是將先進的數(shù)字信號處理理論與方法引入到信號合成領(lǐng)域的一項新技術(shù)，它的出現(xiàn)為進一步提高信號的頻率穩(wěn)定度提供了新的解決方法。同時，隨著微電子技術(shù)的迅速發(fā)展，尤其是單片機技術(shù)的發(fā)展，智能儀器也有了新的進展，功能更加完善，性能也更加可靠，智能程度也不斷提高直接數(shù)字式頻率合成技術(shù)的出現(xiàn)導(dǎo)致了頻率合成領(lǐng)域的一次重大革命。 直接數(shù)字頻率合成器問世之初，構(gòu)成 DDS 元器件的速度 的限制和數(shù)字化引起的噪聲這兩個主要缺點阻礙了 DDS 的發(fā)展與實際應(yīng)用。近幾年超高速數(shù)字電路的發(fā)展以及對 DDS 的深入研究， DDS 的最高工作頻率以及噪聲性能已接近并達到鎖相頻率合成器相當?shù)乃健? 信號發(fā)生器是一種常用的信號源 ,廣泛應(yīng)用于電子測量、自動控制和工程設(shè)計等領(lǐng)域。隨著電子技術(shù)的發(fā)展 ,對信號源頻率的穩(wěn)定度、準確度以及頻譜純度的要求越來越高。 DDS(直接數(shù)字合成 )技術(shù)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) ,與傳統(tǒng)的模擬式波形產(chǎn)生法相比 ,它具有相位變換連續(xù)、頻率轉(zhuǎn)換速度快、分辨率高、穩(wěn)定度高、相 位噪聲小、便于集成、易于調(diào)整及控制靈活等多種優(yōu)點?；?DDS 技術(shù)的信號發(fā)生器是一類新型信號源 ,它已成為眾多電子系統(tǒng)中不可缺少的組成部分。 唐 山 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計 2 2 DDS 概要 DDS 介紹 DDS 芯片中主要包括頻率控制寄存器、高速相位累加器和正弦計算器三個部分（如 Q2220）。頻率控制寄存器可以串行或并行的方式裝載并寄存用戶輸入的頻率控制碼；而相位累加器根據(jù)頻率控制碼在每個時鐘周期內(nèi)進行相位累加，得到一個相位值；正弦計算器則對該相位值計算數(shù)字化正弦波幅度（芯片一般通過查表得到）。 DDS 芯片輸出的一般是數(shù)字化的正弦 波，因此還需經(jīng)過高速 D/A 轉(zhuǎn)換器和低通濾波器才能得到一個可用的模擬頻率信號。 另外，有些 DDS 芯片還具有調(diào)幅、調(diào)頻和調(diào)相等調(diào)制功能及片內(nèi) D/A 變換器（如 AD7008）。 DDS 的優(yōu)點： ，輸出頻點多，可達 2 的 N 次方個頻點 (N為相位累加器位數(shù) )； ，可達 us 量級； ； ； ，對參考頻率源的相位噪聲有改善作用； ； ，便于集成，體積小，重量輕。 在各行各業(yè)的測試 應(yīng)用中，信號源扮演著極為重要的作用。但信號源具有許多不同的類型，不同類型的信號源在功能和特性上各不相同，分別適用于許多不同的應(yīng)用。信號源中采用 DDS 技術(shù)在當前的測試測量行業(yè)已經(jīng)逐漸稱為一種主流的做法。 DDS 結(jié)構(gòu) 1971 年，美國學(xué)者 “A Digital Frequency Synthesizer”文首次提出了以全數(shù)字技術(shù)，從相位概念出發(fā)直接合成所需波形的一種新組成原理。限于當時的技術(shù)和器件產(chǎn)，它的性能指標尚不能與已有的技術(shù)相比，故沒受到重視。近幾年間，隨著微電子 技術(shù)的迅速發(fā)展，直接數(shù)字頻率合成器（ Direct Digital Frequency Synthesis 簡稱 DDS 或 DDFS）得到了飛速的發(fā)展，它以有別于其它頻率合成方法的優(yōu)越性能和特點成為現(xiàn)代頻率合成技術(shù)中的佼佼者。具體體現(xiàn)在相對帶寬、頻率轉(zhuǎn)換時間短、頻率分辨率高、輸出相位連續(xù)、可產(chǎn)生寬帶正交信號及其他多種調(diào)制信號、可編程和全數(shù)字化、控制靈活方便等方面，并具有極高的性價比。DDS 是直接數(shù)字式頻率合成器（ Direct Digital Synthesizer）的英文縮寫。與傳統(tǒng)的唐 山 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計 3 頻率合成器相比， DDS 具有低成 本、低功耗、高分辨率和快速轉(zhuǎn)換時間等優(yōu)點，廣泛使用在電信與電子儀器領(lǐng)域，是實現(xiàn)設(shè)備全數(shù)字化的一個關(guān)鍵技術(shù) [1]。 直接數(shù)字頻率合成器（ Direct Digital Synthesizer）是從相位概念出發(fā)直接合成所需波形的一種頻率合成技術(shù)。一個直接數(shù)字頻率合成器由相位累加器、加法器、波形存儲 ROM、 D/A 轉(zhuǎn)換器和低通濾波器（ LPF）構(gòu)成。 DDS 的原理框圖如下圖21 所示： 圖 21 DDS 原理框圖 其中 K 為頻率控制字、 P 為相位控制字、 W為波形控制字、 fc 為參考時鐘頻率，N 為相位累加器的字長， D 為 ROM 數(shù)據(jù)位及 D/A 轉(zhuǎn)換器的字長。相位累加器在時鐘 fc 的控制下以步長 K 作累加，輸出的 N 位二進制碼與相位控制字 P、波形控制字 W相加后作為波形 ROM 的地址，對波形 ROM 進行尋址，波形 ROM 輸出 D 位的幅度碼 S(n)經(jīng) D/A 轉(zhuǎn)換器變成階梯波 S(t)，再經(jīng)過低通濾波器平滑后就可以得到合成的信號波形。合成的信號波形形狀取決于波形 ROM 中存放的幅度碼，因此用DDS 可以產(chǎn)生任意波形。這里我們用 DDS 實現(xiàn)正弦波的合成作為說明介紹。 DDS 函數(shù)發(fā)生器 一個完整周期的函數(shù)波形被存儲在上面所示的存儲器查找表中。相 位累加器跟蹤輸出函數(shù)的電流相位。為了輸出一個非常低的頻率，采樣樣本之間的差相位 (Δ)將非常小。例如，一個很慢的正弦波可能將有 1 度的 Δ相位。則波形的 0 號采樣樣本采得 0 度時刻的正弦波的幅度，而波形的 1 號采樣將采得 1 度時刻的正弦波的幅度，依次類推。經(jīng)過 360 次采樣后，將輸出正弦曲線的全部 360 度，或者確切地說是一個周期。一個較快的正弦波可能會有 10 度的 Δ相位。于是， 36 次采樣就會輸出正弦波的一個周期。如果采樣率保持恒定，上述較慢的正弦波的頻率將比較快的正弦波慢 10 倍。 進一步說，一個恒定的 Δ相位必將導(dǎo)致一個恒定 正弦波頻率的輸出。但是， DDS技術(shù)允許通過一個頻率表迅速地改變信號的 Δ相位。函數(shù)發(fā)生器能夠指定一個頻率表，該表包括由波形頻率和持續(xù)時間信息組成的各個段。函數(shù)發(fā)生器按順序產(chǎn)生每累加器 加法器 加法器 ROM LPF D/A 參考符號 fc N 位 N 位 Sn St 頻率控制字 相位控制字 波形控制字 唐 山 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計 4 個定義的頻率段。通過生成一個頻率表，可以構(gòu)建復(fù)雜的頻率掃描信號和頻率跳變信號。 DDS 允許函數(shù)發(fā)生器的相位從一級到另一級連續(xù)變化。 矢量信號發(fā)生器提供高靈活度和強大的解決方案，可用于科學(xué)研究，通信，消費電子，宇航 /國防，半導(dǎo)體測試以及一些新興領(lǐng)域，如軟件無線電，無線電頻率識別 ( RFID)，以及無線傳感網(wǎng)絡(luò)等 [2]。 有些公司還提供許 多其他利用 DAC 來產(chǎn)生模擬信號的模擬輸出產(chǎn)品。模擬輸出板的基本架構(gòu)是，將一個小型的 FIFO 存儲器連接到一個 DAC 上。絕大部分的模擬輸出板被用來產(chǎn)生靜態(tài)電壓，而且許多可以被用來產(chǎn)生低頻波形。 頻率預(yù)置與調(diào)節(jié)電路 K 被稱為頻率控制字，也叫相位增量。 DDS 方程為： f0= fc *K/2n， f0 為輸出頻率， fc 為時鐘頻率。當 K=1 時， DDS 輸出最低頻率（也即頻率分辨率），為 fc/2n,而 DDS 的最大輸出頻率由 Nyquist 采樣定理決定，即 fc/2，也就是說 K 的最大值為2n 1。因此，只要 n足夠 大， DDS 可以得到很細的頻率間隔。要改變 DDS 的輸出頻率，只要改變控制字 K 即可。 累加器 相位累加器由 N 位加法器與 N 位寄存器級聯(lián)構(gòu)成。每來一個時鐘脈沖 fc，加法器將頻率控制字 K 與寄存器輸出的累加相位數(shù)據(jù)相加，再把相加后的結(jié)果送至寄存器的數(shù)據(jù)輸入端。寄存器將加法器在上一個時鐘作用下繼續(xù)與頻率控制字進行相加。這樣，相位累加器在時鐘的作用下，進行相位累加。當相位累加器累加滿時就會產(chǎn)生一次溢出，完成一個周期性的動作。 控制相位的加法器 此加法器通過改變相位控制字 P 可以控制輸出信號的相位 參數(shù)。令相位加法器的字長為 N，當相位控制字由 0 躍變到 P（ P≠0） 時，波形存儲器的輸入為相位累加器的輸出與相位控制字 P 之和，因而其輸出的幅度編碼相位會增加 P/2N，從而使最后輸出的信號產(chǎn)生相移。 控制波形的加法器 次加法器通過改變波形控制字 W 可以控制輸出信號的波形。由于波形存儲器中的不同波形是分塊存儲的，所以當波形控制字改變時，波形存儲器的輸入為改變相位后的地址與波形控制字 W（波形地址）之和，從而使最后輸出的信號產(chǎn)生和相移。 波形存儲器 波形存儲器用相位累加器輸出的數(shù)據(jù)作為波形 存儲器的取樣地址，進行波形的相位一幅值轉(zhuǎn)換，即可在給定的時間上確定輸出的波形的抽樣幅值。 N 位的尋址唐 山 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計 5 ROM 相當于把 0176?！?360176。的正弦信號離散成具有 2N 個采樣值的序列，若波形ROM 有 D 位數(shù)據(jù)位，則 2N 個樣值的幅值 D 位二進制數(shù)值固化在 ROM 中，按照地址的不同可以輸出相應(yīng)相位的正弦信號的幅值。 相位 —幅度變換原理圖如下圖所示： D/A 轉(zhuǎn)換器 D/A 轉(zhuǎn)換器的作用是把合成的正弦波數(shù)字量轉(zhuǎn)換成模擬量。正弦幅度量化序列S(n)經(jīng) D/A 轉(zhuǎn)換后變成了包絡(luò)為正弦波的階梯波 S(t)。需要注意的是，頻率 合成器對 D/A 轉(zhuǎn)換器的分辨率有一定的要求， D/A 轉(zhuǎn)換器的分辨率越高，合成的正