基于DDS技术的10mHz~50MHz信号源的设计与实现.doc

基于DDS技术的10mHz50MHz信号源的设计与实现摘 要:论文介绍了用DDS芯片AD9854及AD9834产生正弦波、方波、脉冲波、三角波、锯齿波及各种调制波形信号发生器的方法,给出了电路的软件流程和部分实测波形。关键词:DDS 单片机控制 频率源 AD9854 AD9834频率源是现代通讯电子系统，测试仪器仪表，电子抗干扰系统实现高性能指标的关键技术之一，很多电子设备的功能实现都直接依赖于所用频率源的性能，利用频率合成技术实现频率合成源的发展大致经历了三个阶段1：直接频率合成，锁相式频率合成，直接数字频率合成。直接数字频率合成（DDS- Digital Direct Frequency Synthesis）是一种新的频率合成方法， DDS由于具有极高的频率分辨率，极快的频率切换速度，频率切换时相位连续，易于功能扩展和全数字化便于集成等优点，因此被广泛用于雷达，通信，电子对抗和仪器仪表等领域。本设计中就是利用DDS芯片AD9854及AD9834来实现多种波形发生器。电路主要实现波形有：正弦波，方波，三角波，正向锯齿波，反向锯齿波、脉冲波及各种调制波形。1 波形产生系统大家知道， DDS的基本结构包括：相位累加器，正弦查询表ROM，数模转换器DAC等.其基本工作原理是：利用相位累加器在N位频率控制字FCW（Frequency Control Word）的控制下，以参考时钟频率为采样率，产生合成信号的数字线性相位序列，将其高P位作为地址码通过正弦查询表ROM（Read Only Memory）变换，产生D位对应信号波形的数字序列，再由数模转换器将其转换为阶梯模拟电压波形，最后由具有内插作用的低通滤波器LPF将其平滑为连续的正弦波形作为输出。在设计中，选择AD9854和AD9834两者相结合实现各种波形。其中，主要的波形由AD9854来实现，而AD9834用来辅助实现三角波和锯齿波。由键盘输入选择波形信息及频率、幅度，然后控制电路发出控制命令，控制信号波形产生电路以及信号处理电路及液晶显示，最后输出所需的波形。AD9854 及AD9834芯片是AD公司高性能的单片DDS芯片，其中AD9854最高系统时钟有两种为200MHz和300MHz，本设计中因最高输出频率为 50MHz，因此选用AD9854AST即可满足要求，AD9854AST的系统时钟最大为200MHz，其内部集成了48Bit频率累加器、48 Bit相位累加器、正余弦波形表、12位正交数模转换器以及调制和控制电路，该芯片能够在单片上完成频率调制、相位调制、幅度调制以及IQ正交调制等多种功能，其频率分辨率1uHz，频率切换时间最快达100ns4。而 AD9834的最高频率是50MHz，用的是高速10位DAC输出，可以输出正弦波、三角波。由于集成了比较器，亦可以直接输出方波。另外具有数字可编程的频率和相位，28位的频率分辨率5。由于AD9834不能直接实现锯齿波，我们采用两片AD9834芯片来实现，其思想是利用一片AD9834输出的方波信号作为选择信号，去选择另外一片AD9834芯片的相位值，而这两个相位值相差180度，从而实现锯齿波的输出6。根据AD9854和 AD9834的特点。由AD9854芯片实现正弦波、方波、脉冲波及各种调制波形。由一片AD9834产生三角波、两片AD9834结合实现锯齿波。2.控制电路及系统软件实现本电路用单片机控制，因程序编译后有24K多，因此单片机芯片选用ATMEL公司的AT89C51RC，它具有32K的Flash ROM。而本系统中需用20个键，且存在按键复用，因此键盘选用周立功公司的键盘模块，其键盘控制芯片为ZLG7290，采用IC总线通信。按键有64个 7。液晶选用南京金鹏公司的OCM48，其最大可输入64个汉字8。该系统软件因涉及到人机界面以及所有的波形都是频率、幅度及偏置可调的，因此程序较大。系统软件流程如图1所示：3. 电路系统性能结果测试在完成电路的硬件及软件的基础上，我们进行了各种波形的指标测定，图2为所测的部分实际波形，其中所测波形用的示波器为Aligent 54622A，其带宽为100MHz，采样率为200MHz.(a)50MHz的正弦波形(b)1MHz的方波(c)200KHz的三角波(d)10KHz的锯齿波4结论用DDS技术实现多种波形信号源的研制，有多种方法，本设计采用的方法直接利用了DDS芯片产生所有的功能，由于在电路上实现上外围电路比较少，简化了电路的设计。在设计中需特别注意的是锯齿波实现时两片AD9834的同步问题。 参 考 文 献1张厥胜，曹丽娜锁相与频率合成技术成都：电子科技大学出版社，19952Analog Devices IncOn line semiliar on DDS and PLL， 20033Analog Devices IncA Technical Tutorial on Digital Signal Synthesis19994Analog Devices IncAD9854-CMOS 300MHz Complete DDS Synthesizer 20005Analog Devices IncAD9834-CMOS 50MHz Complete DDS Synthesizer 19996Niamh Collins DDS device produces sawtooth