基于DDS技術(shù)的高頻正弦波發(fā)生器的設(shè)計(jì)-設(shè)計(jì)應(yīng)用

精品文檔-下載后可編輯基于DDS技術(shù)的高頻正弦波發(fā)生器的設(shè)計(jì)-設(shè)計(jì)應(yīng)用摘要：以混合信號(hào)單片機(jī)C8051F020及DDS芯片AD9834為，采用直接數(shù)字合成（DDS）技術(shù)完成多功能高頻正弦信號(hào)發(fā)生器的設(shè)計(jì)。該正弦信號(hào)發(fā)生器可輸出可調(diào)頻穩(wěn)定正弦信號(hào)，頻率可達(dá)15MHz，頻率步進(jìn)為100Hz、1KHz、10KHz三級(jí)步進(jìn)，在50歐姆電阻負(fù)載情況下輸出電壓峰峰值在2.54V至10.40V之間；同時(shí)可以產(chǎn)生模擬調(diào)幅（AM）信號(hào)、模擬調(diào)頻（FM）信號(hào)、二進(jìn)制ASK、PSK、FSK信號(hào)。其中：AM信號(hào)的調(diào)制度可以10%步進(jìn)調(diào)節(jié)，F(xiàn)M信號(hào)頻偏可以在5KHz/10KHz之間選擇。

1引言

正弦信號(hào)應(yīng)用極為廣泛，通常作為標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)，用于電子學(xué)性能實(shí)驗(yàn)及參數(shù)測量，故要求正弦波信號(hào)發(fā)生器輸出波形具有較高的精度、穩(wěn)定度及低失真度。產(chǎn)生正弦信號(hào)的方法很多，可以采用函數(shù)發(fā)生器MAX038或ICL8038集成芯片外接分立元件來實(shí)現(xiàn)，通過調(diào)節(jié)外接電容或電阻來設(shè)置輸出信號(hào)頻率。但輸出信號(hào)受外部分立器件參數(shù)影響很大，且輸出信號(hào)頻率不能太高，同時(shí)無法實(shí)現(xiàn)頻率步進(jìn)調(diào)節(jié)。另外，采用FPGA+D/A可實(shí)現(xiàn)正弦信號(hào)發(fā)生器的設(shè)計(jì)，同時(shí)可實(shí)現(xiàn)頻率步進(jìn)調(diào)節(jié)，但當(dāng)輸出高頻信號(hào)時(shí)，需要高速D/A來配合工作。

本文采用直接數(shù)字合成（DDS）技術(shù)，采用專用集成芯片AD9834作為正弦波產(chǎn)生模塊，由C8051F020作為控制器來完成整個(gè)系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示：輸出信號(hào)頻率在1KHz至15MHz，且無明顯失真，輸出信號(hào)頻率實(shí)現(xiàn)100Hz、1KHz、10KHz三級(jí)步進(jìn)調(diào)節(jié)；在50歐姆電阻負(fù)載情況下，輸出電壓峰峰值在2.35V至10.45V之間；同時(shí)可實(shí)現(xiàn)模擬調(diào)幅信號(hào)（AM）、模擬調(diào)頻信號(hào)（FM）、二進(jìn)制幅移鍵控信號(hào)（ASK）、二進(jìn)制頻移鍵控信號(hào)（FSK）及二進(jìn)制相移鍵控信號(hào)（PSK）的輸出；AM信號(hào)的調(diào)制度以10%步進(jìn)調(diào)節(jié)；FM信號(hào)頻偏為5KHz/10KHz可選。2系統(tǒng)設(shè)計(jì)

系統(tǒng)總體框圖如圖1所示。系統(tǒng)選取集成混合信號(hào)C8051F020單片機(jī)作為主控制器，通過鍵盤與顯示控制芯片7279來接收功能選擇、參數(shù)設(shè)置等信息，并將輸出信號(hào)頻率等信息實(shí)時(shí)送往數(shù)碼管顯示。同時(shí)，控制器將讀取的按鍵信息轉(zhuǎn)換成控制命令通過串行接口送給AD9834，由AD9834產(chǎn)生正弦信號(hào)、ASK、PSK、FSK及FM信號(hào)。而AM信號(hào)的產(chǎn)生則由輸出的正弦信號(hào)與1KHz的帶偏置正弦信號(hào)相乘來實(shí)現(xiàn)，通過調(diào)節(jié)直流分量來調(diào)節(jié)AM信號(hào)調(diào)制度。

2.1正弦信號(hào)發(fā)生模塊

直接數(shù)字合成（DDS）技術(shù)具有輸出信號(hào)精度高、變頻速度快、輸出信號(hào)連續(xù)、控制方便及性價(jià)比高等諸多優(yōu)點(diǎn)，因而適用于高頻、高精度正弦信號(hào)發(fā)生器的設(shè)計(jì)。本系統(tǒng)選取AD9834，其工作原理示意圖如圖2所示。它由頻率字寄存器、相位字寄存器、相位累加器、加法器、正弦ROM表及DAC組成。在控制時(shí)鐘信號(hào)作用下，累加器將與輸出信號(hào)頻率對(duì)應(yīng)的頻率字進(jìn)行累加，然后與相位字相加以形成終相位信息。正弦ROM表則將相位信息轉(zhuǎn)化為幅值信息，然后由DAC生成正弦信號(hào)。

輸出信號(hào)頻率精度主要由基準(zhǔn)頻率精度決定。為增大AD9834輸出信號(hào)幅值，采用高頻運(yùn)放AD811進(jìn)行信號(hào)放大。但考慮到輸出信號(hào)幅值隨頻率增大而減小的不足，系統(tǒng)采用數(shù)控電位計(jì)X9C102來實(shí)現(xiàn)可變?cè)鲆娣糯?，即依?jù)輸出信號(hào)頻率的不同來改變數(shù)控電位計(jì)的值，以改變?cè)鲆鎇8]。可變?cè)鲆娣糯笃髟硎疽鈭D如圖3所示。

圖中：R1為數(shù)控電位計(jì)X9C102的等效電阻值。

2.2PSK、FSK、ASK信號(hào)的產(chǎn)生

AD9834有兩個(gè)相位字寄存器PHASE0、PHASE1，可通過片外引腳PSELECT或片內(nèi)控制寄存器相關(guān)位來選擇PHASE0或PHASE1中的值作為輸出信號(hào)的初始相位字。據(jù)此，向PHASE0和PHASE1分別寫入0和π所對(duì)應(yīng)的數(shù)值（000H和800H），由控制器C8051F020產(chǎn)生10kbps的二進(jìn)制基帶序列接到端口PSELECT上，輸出端便可得到二進(jìn)制PSK信號(hào)。

同樣，AD9834有兩個(gè)頻率字寄存器FREQ0、FREQ1，可通過片外引腳FSELECT或片內(nèi)控制寄存器相關(guān)位來選擇FREQ0、FREQ1中的值作為輸出信號(hào)的頻率字。向FREQ0和FREQ1分別寫入兩不同頻率所對(duì)應(yīng)的數(shù)值，并由控制器C8051F020產(chǎn)生10kbps的二進(jìn)制基帶序列接到端口FSELECT上，輸出端便可得到二進(jìn)制FSK信號(hào)。

而ASK信號(hào)的生成方法與FSK的生成方法類似，不同的是：須將一個(gè)頻率字寄存器中寫入0Hz所對(duì)應(yīng)的數(shù)值。

2.3模擬調(diào)頻（FM）信號(hào)、模擬調(diào)幅（AM）信號(hào)的產(chǎn)生

本模塊用一個(gè)按鍵實(shí)現(xiàn)偏頻為5KHz/10KHz二級(jí)程控的選擇。用8038產(chǎn)生一個(gè)頻率為1kHz、峰峰值為2V的正弦波作為調(diào)制信號(hào)，依據(jù)按鍵信息判斷是5K偏頻還是10K偏頻，然后單片機(jī)F020的A/D采集調(diào)制信號(hào)，利用公式2把頻率轉(zhuǎn)換成數(shù)字量寫入AD9834的頻率字寄存器中，從而實(shí)現(xiàn)模擬調(diào)頻。

將8038產(chǎn)生的頻率為1kHz的正弦信號(hào)作為調(diào)制信號(hào)，而控制器C8051F020的D/A模塊產(chǎn)生直流信號(hào)，兩信號(hào)通過加法電路形成有偏置的正弦調(diào)制信號(hào)。此信號(hào)與AD9834產(chǎn)生的正弦信號(hào)（載波）經(jīng)乘法器AD534產(chǎn)生模擬調(diào)幅波。通過調(diào)節(jié)直流信號(hào)大小可以改變模擬調(diào)幅信號(hào)的調(diào)制度。

2.4按鍵與顯示模塊

該模塊選用鍵盤顯示管理芯片7279來實(shí)現(xiàn)。7279可以自動(dòng)掃描按鍵陣列，并將按鍵信息存儲(chǔ)?？刂破骺梢酝ㄟ^串行接口讀取按鍵信息，并可將要顯示的信息送入7279，由7279自動(dòng)完成數(shù)碼管的掃描顯示。這種設(shè)計(jì)既簡化硬件連接，又便于軟件處理。

2.5系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)

系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)的總體思想是：控制器讀取鍵盤信息，如果是功能鍵按下，則根據(jù)功能選擇執(zhí)行相應(yīng)的功能程序段；如果是調(diào)節(jié)鍵按下，則暫停信號(hào)輸出，直至參數(shù)設(shè)置完畢后，再根據(jù)功能選擇項(xiàng)輸出相應(yīng)信號(hào)。

3測試結(jié)果對(duì)本系統(tǒng)終結(jié)果進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)測定，結(jié)果如表1所示：

4結(jié)論

本文采用高性能混合信號(hào)C8051F020單片機(jī)和DDS芯片AD9834實(shí)現(xiàn)高頻正弦信號(hào)發(fā)生器的設(shè)計(jì)，克服了傳統(tǒng)方法中輸出信號(hào)受外界元件參數(shù)影響的缺點(diǎn)，同時(shí)AD9834內(nèi)部集成有高速A/D，可直接輸出正弦信號(hào)，避免外接A/D，簡化系統(tǒng)硬件結(jié)構(gòu)，提高了系統(tǒng)穩(wěn)定性；基于AD9834頻率字及相位字可選的特點(diǎn)，外接部分電路即可產(chǎn)生AM、FM、ASK、PSK、FSK等調(diào)制信號(hào)；AD9834輸出正弦信號(hào)精度高、穩(wěn)定性好、輸出信號(hào)連續(xù)、控制方便。將基于上述優(yōu)點(diǎn)的信號(hào)發(fā)生器應(yīng)用于工程實(shí)踐中，可以提高系統(tǒng)性價(jià)比，創(chuàng)造良好的經(jīng)濟(jì)效益。同時(shí)，基于DDS技術(shù)的信號(hào)發(fā)生器將獲得廣泛的應(yīng)用。

本文作者創(chuàng)新點(diǎn)：利用乘法器將帶偏置的正弦調(diào)制信號(hào)與載波信號(hào)相乘以產(chǎn)生AM信號(hào)，通過調(diào)節(jié)直流分量的大小以調(diào)節(jié)AM信號(hào)調(diào)制度；通過A/D采集調(diào)制信號(hào)，依據(jù)調(diào)制信號(hào)幅值信息來改變輸出信號(hào)頻率，從而實(shí)現(xiàn)FM信號(hào)的產(chǎn)生。

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