基于dds技術(shù)的任意波形發(fā)生器的設(shè)計(jì)(已修改)
2025-07-01 18:59 本頁(yè)面
【正文】 基于DDS技術(shù)的任意波形發(fā)生器的設(shè)計(jì)1. 設(shè)計(jì)思路信號(hào)發(fā)生器廣泛應(yīng)用于電子電路、自動(dòng)控制和科學(xué)試驗(yàn)等領(lǐng)域。是一種為電子測(cè)量和計(jì)量工作提供符合嚴(yán)格技術(shù)要求的電信號(hào)設(shè)備，也是應(yīng)用最廣泛的電子儀器之一，幾乎所有的電參量的測(cè)量都需要用到信號(hào)發(fā)生器。本設(shè)計(jì)研究的信號(hào)發(fā)生器的基本思路是：基于DDS芯片AD9850基礎(chǔ)的任意波形發(fā)生器。系統(tǒng)是基于AD9850芯片產(chǎn)生的波形。它是由相位累加器、正弦查詢表、D/A轉(zhuǎn)換器組成的集成芯片。其中相位累加器的位數(shù)N=32位，尋址RAM用14位，舍去18位，采用高速10位數(shù)模轉(zhuǎn)換，DDS的時(shí)鐘頻率為125MHz，；系統(tǒng)的微處理器采用8051，外圍電路主要是接口電路、調(diào)幅電路、濾波電路和積分電路的設(shè)計(jì)。同時(shí)還包括鍵盤(pán)接口。系統(tǒng)的軟件主要是啟動(dòng)和初始化8051，然后處理鍵盤(pán)輸入的頻率控制字和相位控制字，并將其轉(zhuǎn)換為32位的二進(jìn)制數(shù)的控制字，最后并行遞交給AD9850并啟動(dòng)AD9850，讓它實(shí)現(xiàn)從正弦查詢表中取數(shù)產(chǎn)生波形再輸出。 DDS的基本原理1971年，美國(guó)學(xué)者J. Tierncy, C. M. Rader和B. Gold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的頻率合成原理。限于當(dāng)時(shí)的技術(shù)和器件水平，它的性能指標(biāo)尚不能與已有的技術(shù)相比，故未受到重視。近20年間，隨著技術(shù)和器件水平的提高，一種新的頻率合成技術(shù)——直接數(shù)字合成頻率合成（DDS）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(diǎn)成為現(xiàn)代頻率合成技術(shù)中的佼佼者。DDS基本原理圖如圖1所示，DDS由相位累加器，只讀存儲(chǔ)器，數(shù)模轉(zhuǎn)換器DAC及低通濾波器組成。 以合成正弦波為例，幅值表ROM中存有正弦波的幅值碼，相位累加器在時(shí)鐘fc的觸發(fā)下，對(duì)頻率控制字K進(jìn)行累加，相位累加器輸出的相位序列（即相碼）作為地址去尋址ROM，得到一系列離散的幅度編碼（即幅碼）。該幅碼經(jīng)過(guò)DAC變換后得到模擬的階梯電壓，再經(jīng)過(guò)低通濾波器平滑后，即得到所需的正弦信號(hào)。一般將相位累加器和ROM合稱為NCO（數(shù)控振蕩器） Clockba相位累加器波形存儲(chǔ)器D/ALPF頻率控制字 圖1 DDS的基本原理圖 相位累加器的結(jié)構(gòu)如圖2所示，由N位字長(zhǎng)的二進(jìn)制加法器與一個(gè)由時(shí)鐘取樣所得的N位二進(jìn)制相位累加寄存器級(jí)聯(lián)構(gòu)成，加法器的一個(gè)出入端與相位寄存器的輸出端相連，另一個(gè)輸入端相連，另一個(gè)輸入端是外部的頻率控制字K。每來(lái)一個(gè)時(shí)鐘脈沖，加法器將頻率控制數(shù)據(jù)與累加寄存器輸出的累加相位數(shù)據(jù)相加，把相加后的結(jié)果送至累加寄存器的數(shù)據(jù)輸入端。累加寄存器將加法器在上一個(gè)時(shí)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(gè)時(shí)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(shí)鐘的作用下，進(jìn)行線性相位累加，當(dāng)相位累加器累加滿是就會(huì)產(chǎn)生一次溢出，完成一個(gè)周期性的動(dòng)作，這個(gè)周期就是DDS合成信號(hào)的一個(gè)頻率周期，累加器的溢出頻率就是DDS輸出的信號(hào)頻率。 圖2 相位累加器的結(jié)構(gòu)設(shè)相位累加器的位數(shù)為N，時(shí)鐘頻率為fc, 當(dāng)頻率控制字為K時(shí)，DDS的輸出頻率fo為： fo=Kfc/2N DDS的特點(diǎn) 其主要優(yōu)點(diǎn)有：（1）頻率轉(zhuǎn)換快：DDS頻率轉(zhuǎn)換時(shí)間短，一般在納秒級(jí)；（2）分辨率高：大多數(shù)DDS可提供的頻率分辨率在1 Hz數(shù)量級(jí)， Hz；（3）頻率合成范圍寬；（4）相位噪聲低，信號(hào)純度高；（5）可控制相位：DDS可方便地控制輸出信號(hào)的相位，在頻率變換時(shí)也能保持相位聯(lián)系；（6）生成的正弦/余弦信號(hào)正交特性好等。因此，利用DDS技術(shù)特別容易產(chǎn)生頻率快速轉(zhuǎn)換、分辨率高、相位可控的信號(hào)這在電子測(cè)量、雷達(dá)系統(tǒng)、調(diào)頻通信、電子對(duì)抗等領(lǐng)域具有十分廣泛的應(yīng)用前景。 系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì) 本設(shè)計(jì)的技術(shù)指標(biāo) 本設(shè)計(jì)要求的波形發(fā)生器可產(chǎn)生正弦波、方波、三角波以及便于產(chǎn)生頻率可變而且具有高分辨率的波形。它要求頻率范圍在0MHz～40MHz，要求幅值范圍在 10V～+10V。 系統(tǒng)方案本設(shè)計(jì)采用的是直接數(shù)字法設(shè)計(jì)波形發(fā)生器中的基于相位累加器的數(shù)字頻率合成法。這種結(jié)構(gòu)主要由相位累加器、數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器、D/A轉(zhuǎn)換器、低通濾波器組成，它是一種全新的直接數(shù)字合成方式。 圖3 基于相位累加器的直接數(shù)字合成結(jié)構(gòu)圖在此設(shè)計(jì)中的基于DDS技術(shù)的信號(hào)發(fā)生器，是通過(guò)用單片機(jī)編程將控制字并行送入DDS芯片AD9850，然后由AD9850產(chǎn)生波形輸出，即采用基于相位累加器的數(shù)字頻率合成法，利用直接數(shù)字合成芯片AD9850產(chǎn)生波形。在該芯片中集成了相位累加器、正弦查詢表、D/A轉(zhuǎn)換器以及高速的比較器。我們?cè)偌尤雴纹瑱C(jī)、濾波器和一個(gè)微分電路就可實(shí)現(xiàn)我們所要的波形了。要想實(shí)現(xiàn)我們想要的頻率和幅度值，因?yàn)樵贒DS系統(tǒng)中決定頻率大小的是頻率控制字，所以我們可以通過(guò)鍵盤(pán)由用戶鍵入十進(jìn)制數(shù)，再由單片機(jī)編程控制將十進(jìn)制轉(zhuǎn)化成對(duì)應(yīng)的二進(jìn)制，然后送入AD9850產(chǎn)生波形。而幅值是通過(guò)調(diào)幅電路實(shí)現(xiàn)的。 系統(tǒng)原理圖 考慮到各方面的原因，可以得
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