基于dds的正弦信號發(fā)生器的設(shè)計

基于dds的正弦信號發(fā)生器的設(shè)計

0相比較中的和弦信號采集時長正交通信信號是一種應(yīng)用廣泛的信號。它通常用作電子線路性能測試和參數(shù)測量的參考信號。用作標準信號時,要求正弦信號必須有較高的精度、穩(wěn)定度及較低的失真度。目前產(chǎn)生正弦信號的方法很多,但各種方法都難以克服的問題是正弦信號的頻率穩(wěn)定度。在通信系統(tǒng)中,從信號源產(chǎn)生的消息信號經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換,形成的是一種基帶信號,具有較低的頻率分量,一般不宜在信道中直接傳輸。因此,在通信系統(tǒng)的發(fā)送端通常需要有調(diào)制過程。所謂調(diào)制,就是按基帶信號的變化規(guī)律控制載波某些參數(shù)的變化的過程。對不同的信道,根據(jù)經(jīng)濟、技術(shù)等因素,可以采用不同的調(diào)制方式。但無論采用何種調(diào)制方式,都需要用到正弦載波,而且在接收端進行解調(diào)時,需要用到同頻同相的正弦載波。在模擬調(diào)制系統(tǒng)中,根據(jù)原始電信號改變載波參量的不同,分為幅度調(diào)制(AM)、頻率調(diào)制(FM)、相位調(diào)制(PM)等;在數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)中,根據(jù)矩形基帶脈沖改變載波參量的不同,分為幅移鍵控(ASK)、頻移鍵控(FSK)、相移鍵控(PSK)等。1系統(tǒng)硬件的設(shè)計和實現(xiàn)1.1盤輸入及數(shù)碼管顯示系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖1所示,包含正弦信號發(fā)生器、單片機控制、鍵盤輸入及數(shù)碼管顯示4部分。硬件電路主要由直接數(shù)字頻率合成芯片AD9852、AT89C51單片機、4×4鍵盤、共陰極數(shù)碼管和專用數(shù)碼管顯示控制芯片MAX7219組成。1.2新一代專用dds集成芯片直接數(shù)字頻率合成(DDS)可以把信號發(fā)生器的頻率穩(wěn)定度、準確度提高到與基準頻率相同的水平,并且可以在很寬的頻率范圍內(nèi)進行精細的頻率調(diào)節(jié)。采用這種方法設(shè)計的信號源可工作于調(diào)制狀態(tài):不但能輸出各種波形,而且可對輸出電平進行調(diào)節(jié)?？朔伺cDS和PLL技術(shù)有關(guān)的所有問題,能夠設(shè)定精確的輸出頻率,提高了頻率分辨率(可達到1μHz),具有更高的頻率穩(wěn)定度;相位噪聲低,變頻相位連續(xù);可實現(xiàn)理想的正交輸出,系統(tǒng)參數(shù)和輸出頻率不隨時間改變;同時可以方便地實現(xiàn)與計算機的控制接口,通過軟件和硬件對系統(tǒng)進行各種補償。因此,它是當前應(yīng)用最廣泛的性能較好的信號源。本系統(tǒng)采用AnalogDevice公司的新一代專用DDS集成芯片AD9852實現(xiàn)正弦信號的輸出。該芯片克服了早期DDS芯片工作頻率較低、輸出信號中寄生分量較大以及價格較高的限制。其內(nèi)部集成了12位DAC,時鐘頻率可達300MHz,頻率分辨率為48位,并且具有ASK、PSK等數(shù)字調(diào)制功能。AD9852的工作原理如圖2所示。1.3x/o口電路數(shù)據(jù)輸入采用4×4鍵盤,完成功能包括:菜單選擇、參數(shù)設(shè)置、參數(shù)修改和數(shù)據(jù)輸入。輸入數(shù)據(jù)通過最簡單的LED共陰極數(shù)碼管顯示,驅(qū)動器采用專用數(shù)碼管顯示控制芯片MAX7219。MAX7219是美國MAXIM公司推出的多功能串行LED顯示驅(qū)動器。它內(nèi)含硬件動態(tài)掃描顯示控制電路,并且可以編程控制數(shù)碼管的亮度。它僅采用3根口線與微處理器通信,節(jié)約了單片機的I/O口資源。其中,DIN為串行數(shù)據(jù)輸入端,接單片機的P3.0口;CLK為時鐘輸入端,接單片機的P3.2口;LOAD為裝載輸入數(shù)據(jù)使能端,接單片機的P3.7口。為了進一步節(jié)約單片機的I/O口資源,將所有數(shù)碼管的段驅(qū)動端都連在一起。接口原理如圖3所示。2軟件的設(shè)計和實現(xiàn)2.1系統(tǒng)的控制和執(zhí)行由單片機對鍵盤進行掃描,接收相應(yīng)的命令和數(shù)據(jù),包括功能選擇以及合成信號的頻率、調(diào)幅信號的調(diào)幅度、調(diào)頻信號的最大頻偏等,再通過鍵盤處理程序執(zhí)行相應(yīng)的操作和對顯示器裝配相應(yīng)的數(shù)據(jù)。軟件總體流圖如圖4所示。(1)鍵盤掃描程序系統(tǒng)的功能選擇和參數(shù)選擇都是由鍵盤輸入。鍵盤掃描子程序?qū)崟r監(jiān)視鍵盤操作,并記錄按鍵值。(2)鍵盤處理子程序完成輸入數(shù)據(jù)的存儲和加工。(3)ddoss控制流程圖完成對DDS工作狀態(tài)、工作模式和工作參數(shù)的設(shè)置,并根據(jù)用戶需求,將單片機送來的數(shù)據(jù)寫入DDS的相應(yīng)寄存器,控制DDS的輸出。(4)顯示子程序在LED數(shù)碼管上實時地顯示系統(tǒng)的工作狀態(tài)和鍵盤的輸入數(shù)據(jù)。2.2信號增強和調(diào)節(jié)單頻正弦波的產(chǎn)生是由單片機對DDS芯片寫入頻率控制字和幅度控制字來實現(xiàn)。單片機收到所需產(chǎn)生的頻率數(shù)據(jù)后,經(jīng)過內(nèi)部運算將該頻率轉(zhuǎn)換成AD9852所需的頻率控制字(六字節(jié)十六進制數(shù)),在寫時序控制下,AD9852將控制字寫入內(nèi)部相應(yīng)寄存器,從而輸出所需的合成信號。對于模擬調(diào)制,改變DDS的頻率控制字和幅度控制字,可實現(xiàn)信號的頻率和幅度在一定范圍內(nèi)任意調(diào)節(jié),從而實現(xiàn)AM調(diào)制和FM調(diào)制。對于數(shù)字調(diào)制,可將基帶信號接到AD9852相應(yīng)的管腳,由單片機產(chǎn)生偽隨機序列,同時可設(shè)置兩個不同的頻率或相位,在規(guī)定的工作模式下輸出相應(yīng)的波形,從而實現(xiàn)2FSK調(diào)制和2PSK調(diào)制。3系統(tǒng)測試用示波器觀察DDS的輸出,測試結(jié)果如表1所示。4建立了理想的數(shù)字合成技術(shù)在系統(tǒng)中的應(yīng)用,其重點在于利用自本文采用直接數(shù)字合成技術(shù)和單片機技術(shù)相結(jié)合制成了正弦信號發(fā)生器,可產(chǎn)生高精度、高穩(wěn)定度的正弦信號,適合對波形要求較高的場合使用。需要不同的頻率時只需修改鍵盤輸入就能完成,簡化了程序設(shè)計和電路板設(shè)計。把該正弦信號作為載波,通過簡單的軟件設(shè)計,實現(xiàn)了AM、FM、BASK、BPSK等調(diào)制信號的輸出。直接數(shù)字合成技術(shù)的引用,使該正弦信號發(fā)生器有著無可爭辯的優(yōu)越性。它具有較寬的頻率覆蓋,頻率準確度和穩(wěn)定性與鎖相環(huán)式合成器一致,且失真更小、成