基于DDS技術(shù)的正弦交流信號(hào)源的設(shè)計(jì)
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AD9850有40位控制字，32位用于頻率控制(低32位)，5位用于相位控制，1位用于電源休眠(Power-down)控制，2位用于選擇工作方式。這40位控制字可通過并行或串行方式輸入到AD9850。本產(chǎn)品采用并行裝入方式，通過8位總線D0～D7將數(shù)據(jù)輸入到寄存器，在W_CLK的上升沿裝入8位數(shù)據(jù)，并把指針指向下一個(gè)輸入寄存器，在重復(fù)5次之后再在FQ_UD上升沿把40位數(shù)據(jù)從輸入寄存器裝入到頻率／相位數(shù)據(jù)寄存器(更新DDS輸出頻率和相位)，同時(shí)把地址指針復(fù)位到第一個(gè)輸入寄存器。其中AD9850的頻率控制字?jǐn)?shù)值的計(jì)算公式為：
fOUT=(△Phase×CLKIN)／232 (1)
AD9850芯片的接口電路設(shè)計(jì)圖如圖2所示。圖中數(shù)據(jù)線DB0～DB7通過總線與ATmega16單片機(jī)的PB0～PB7相連，用以單片機(jī)向AD9850寫入頻率控制字；W_CLK和FQ_UD分別接在單片機(jī)的PA6和PA7上，用于并行通信中時(shí)序和傳輸?shù)目刂?。該產(chǎn)品的設(shè)計(jì)輸出頻率范圍為1～100 Hz，選用晶振為50MHz。本文引用地址：http://www.ex-cimer.com/article/171394.htm
2．3 濾波電路的設(shè)計(jì)
采用DDS技術(shù)的信號(hào)發(fā)生器具有良好的頻率分辨率和快速、連續(xù)的變頻性能，帶寬也相對較寬，但是，DDS技術(shù)有一個(gè)明顯的缺點(diǎn)，輸出頻率越接近時(shí)鐘頻率的1／2，采樣點(diǎn)數(shù)就越少，輸出地雜散干擾就越大。所以必須要為DDS設(shè)計(jì)低通濾波器，以提高輸出正弦波頻率的穩(wěn)定性和輸出波形的質(zhì)量。
在該信號(hào)源的設(shè)計(jì)中，設(shè)有兩個(gè)低通濾波器模塊，分別采用以LC并聯(lián)諧振為原理的無源低通濾波器和以集成運(yùn)放為基礎(chǔ)的RC低通有源濾波器，其電路分別如圖3，圖4所示。無源低通濾波器用于濾除AD9850產(chǎn)生的直流正弦信號(hào)波中的雜質(zhì)頻率，有源低通濾波器用于濾除經(jīng)放大環(huán)節(jié)和電容隔直通交所產(chǎn)生的正弦交流信號(hào)中的雜質(zhì)頻率。由于本產(chǎn)品的設(shè)計(jì)頻率范圍為1～100 Hz，故在圖3所示的無源低通濾波器中采用兩級(jí)LC并聯(lián)結(jié)構(gòu)，其上限頻率分別為200 Hz和100 Hz，用來濾除超過100 Hz的諧波，在圖4所示的有源低通濾波器中，依據(jù)公式：
fL=1／(2πRC) (2)
可確定上限頻率為100 Hz的有源低通濾波器的R，C參數(shù)的選擇。
2．4 信號(hào)放大環(huán)節(jié)電路設(shè)計(jì)
為了保證本產(chǎn)品產(chǎn)生的交流信號(hào)具有帶載能力和功率輸出能力，必須對AD9850芯片產(chǎn)生的經(jīng)過低通濾波后的正弦直流信號(hào)進(jìn)行放大。在本環(huán)節(jié)中選用AD公司的AD603芯片，這是一種低噪聲、電壓控制增益的新型運(yùn)放，其傳輸帶寬高達(dá)90 MHz，增益最高可達(dá)51 dB，最低達(dá)-11 dB，具有良好的性能。并用受單片機(jī)控制的D／A輸出一定范圍的電壓對其增益進(jìn)行控制，以達(dá)到輸出電壓幅值可調(diào)節(jié)的功能，即采用單片機(jī)以電壓控制字控制D／A的電壓模擬輸出，從而達(dá)到調(diào)節(jié)AD603的增益，進(jìn)而達(dá)到了調(diào)節(jié)電壓幅值的效果，對于同一負(fù)載，即電流的幅值是可變的。
D／A選用DAC0832芯片，這是一個(gè)8位分辨率的D／A轉(zhuǎn)換集成芯片。與微處理器完全兼容。這個(gè)D／A芯片以其價(jià)格低廉、接口簡單、轉(zhuǎn)換控制容易等優(yōu)點(diǎn)，在單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中得到廣泛的應(yīng)用。D／A轉(zhuǎn)換器由8位輸入鎖存器、8位DAC寄存器、8位D／A轉(zhuǎn)換電路及轉(zhuǎn)換控制電路構(gòu)成。將DAC0832的片選信號(hào)CS接單片機(jī)的PC7，將XFER接PA1、ILE接PA2、WR1接PA3、WR2接PA4，將DAC0832的8位數(shù)字輸入分別與單片機(jī)的PB0～PB7相連接，用于單片機(jī)向D／A寫入電壓控制字，使用單片機(jī)控制DAC0832給AD603芯片差分輸入高電平端GPOS管腳輸入0～5 V的電壓，可以調(diào)節(jié)AD603的增益為21～51 dB,，最終可使輸出端空載時(shí)的電壓峰峰值在2．24～4 V的范圍內(nèi)無失真縮放。
2．5 交流輸出放大環(huán)節(jié)電路和信號(hào)調(diào)理電路設(shè)計(jì)
為了保證該交流信號(hào)源具有一定的電流輸出能力和帶載能力，在利用電容的隔直通交性質(zhì)將AD9850產(chǎn)生的直流正弦信號(hào)變?yōu)榻涣髡倚盘?hào)后，應(yīng)對電壓進(jìn)一步放大，這樣可以保證輸出端口接入不同的負(fù)載均有一定的電流輸出。在本環(huán)節(jié)中選用德州儀器的OPA548運(yùn)放，這是一款功率運(yùn)放，最大可以持續(xù)輸出3 A的電流，可以在有效放大電壓的基礎(chǔ)上通過大電流。
在輸出端口上設(shè)置有電流互感器，用于電流值的采樣，采樣電流值通過信號(hào)調(diào)理電路接入AVR單片機(jī)A／D模塊的模擬輸入端。AVR ATmega 16單片機(jī)的模擬輸入端口的輸入電壓范圍是0～4．6 V，所以必須對電流互感器采集來的信號(hào)進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換，接入單片機(jī)的A／D模擬輸入接口。圖5為信號(hào)調(diào)理電路的設(shè)計(jì)圖，采集來的電壓信號(hào)經(jīng)過電壓跟隨器的隔離和緩沖作用后，經(jīng)反向放大電路和求和電路將信號(hào)的電平調(diào)整為0～4．6V。
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