C8051F020单片机的以太网通信

二○○七年 第二期

研制与开发

基于DDS的多波形信号发生器设计

姚小朋　张　捷

(11西北工业大学软件与微电子学院　西安　710072)(21西北工业大学电子信息学院　西安　710072)

摘　要　介绍DDS基本原理,提出以DDS芯片为核心,利用单片机控制的多波形信号发

生器设计方法。给出系统主要硬件电路及主控软件。实验结果表明,硬件电路结构简单,软件控制灵活,输出信号频率稳定,分辨率高。关键词　DDS　集成芯片　AD9951　信号发生器

　　高精度的信号源对通信系统、电子对抗以及各

〔1～3〕

种电子测量技术十分重要。随着电子技术的发展,对信号源频率的稳定度、准确度,以及频谱纯度提出越来越高的要求。直接数字频率合成技术(Di2rectDigitalFrequencySynthesis,即DDFS,一般简称DDS),是从相位概念出发直接合成所需波形的一种新的频率合成技术。和传统的频率合成技术相比,它具有频率分辨率高、频率转变速度快、续、相位噪声低、可编程和全数字化出优点,,组成部分。

　　f0=FTW×fs/2

N

12

(1)

其中N为相位累加器的位数;FTW为频率转换字,fs为时钟频率。式中,FTW由外部控制电路预置,当时钟频率fs与N一定时,输出频率fo仅仅取决于

FTW的值。当FTW=1时,所能产生的正弦信

,in=f2

N

(2)

采样定理决定,即fs/2。

,在DDS的实际应用系统中,相位累加器的所有输出位并没有全部送到查找表,一般只取高位,这样既减少查找表的规模,又不影响系统的频率分辨率。这个相位输出给最后的输出只带来小到可以接受的相位噪声,相位噪声基本上来源于参考时钟。在DDS系统中,最重要的是对带宽和频率纯度之间的折中。如果时钟频率降低,则Nyquist频率下降,带宽减小,同时D/A变换器的分辨率提高,这样就可以得到更高的频谱纯度。所以,对DDS输出频率分频就可以减小带宽并且提高频谱纯度。模拟信号频谱纯度主要取决于D/A变换器的性能。

1　DDS基本原理

DDS以数控振荡器的方式产生频率、相位可控

制的正弦波,主要由基准时钟fs、相位累加器、幅度/相位转换电路、D/A转换器和低通滤波器(LPF)组成。它采用数字技术重复扫描存储器来获取数据,构筑出所希望的波形。DDS的结构有很多种,其基本的电路原理(见图1)

。

2　系统硬件实现

2.1　DDS芯片AD9951

AD9951是美国AD公司生产的新型直接数

〔4〕

字频率合成器,是一种使用方便灵活、功能强大的高

图1　DDS基本原理框图

度集成化芯片。它采用先进的DDS技术,结合内部高速、高性能D/A转换器,形成可编程、可灵活使用的频率合成功能。当提供给AD9951精确的时钟源频率时,它将产生高稳定、可编程频率相幅的正弦波,作为信号源可广泛应用于通信工程、雷达以及许多其他设施。AD9951使用先进的CMOS技术,使得提供给这个高性能芯片的工作电压仅为1.8V。其主要特点如下:400MHz内部时钟;集成化l4位

41

　　DDS工作原理

〔1〕

是基于相位和幅度的对应关

系,通过改变频率转换字来改变相位累加器的累加速度,然后在固定时钟的控制下取样,对取样得到的相位值,通过相位幅度转换得到与相位值对应的幅度序列,幅度序列再通过数模转换得到模拟形式量化的正弦波输出。其输出频率为: