基于DDS的高精度函數(shù)信號(hào)發(fā)生器的研制

摘要：基于直接數(shù)字頻率合成技術(shù)(DDS)，采用單片機(jī)實(shí)現(xiàn)對(duì)DDS芯片AD9852的控制，提出一種高精度函數(shù)信號(hào)發(fā)生器的實(shí)現(xiàn)方案。重點(diǎn)介紹了單片機(jī)與AD9852的硬件接口電路、整個(gè)系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)以及單片機(jī)中對(duì)48 b頻率控制字的處理方法。此方法在單片機(jī)程序設(shè)計(jì)中處理多于32 b的整型數(shù)據(jù)時(shí)具有借鑒意義。此系統(tǒng)具有高頻率、高精度的主要特
點(diǎn)，且控制靈活方便，具有廣闊的應(yīng)用前景。
關(guān)鍵詞：DDS；AD9852；頻率控制字；信號(hào)發(fā)生器

直接數(shù)字頻率合成技術(shù)(Direct Digital Frequency Synthesis，DDS)是從相位概念出發(fā)直接合成所需波形的一種新的頻率合成技術(shù)。DDS技術(shù)具有相對(duì)帶寬寬、頻率轉(zhuǎn)換時(shí)間短、頻率分辨率高等優(yōu)點(diǎn)，廣泛用于高精度頻率合成和任意信號(hào)發(fā)生。本文采用單片機(jī)控制DDS芯片，設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了一種高精度多波形的信號(hào)源。

1 DDS原理
DDS的基本結(jié)構(gòu)包括：相位累加器、正弦查詢(xún)表、數(shù)模轉(zhuǎn)換器(DAC)及低通濾波器等。DDS原理如圖1所示。

圖1中信號(hào)輸出頻率和參考時(shí)鐘頻率的關(guān)系表達(dá)式為：

其中：fo為輸出頻率，fosc為參考時(shí)鐘頻率，F(xiàn)TW為頻率控制字，N為頻率控制字的位數(shù)。由于N是一個(gè)固定值，那么只要改變FTW的大小就能得到所需要的頻率值，而且頻率的分辨率由N值決定，當(dāng)N值越大則分辨率越高。由Nyquist取樣定理可知，要恢復(fù)理想波形，在理想低通濾波器的條件下，輸出頻率必須小于時(shí)鐘參考頻率的用50％，即fo1／2fosc，若超過(guò)這個(gè)范圍，則一階鏡像頻率就會(huì)落在Nyquist帶寬內(nèi)。而實(shí)際的LPF都有一個(gè)過(guò)渡帶的問(wèn)題，所以為了更好地去除一階鏡像帶來(lái)的雜散，一般將DDS的輸出頻率限制在O．4fosc內(nèi)?？梢?jiàn)當(dāng)AD9852參考時(shí)鐘頻率為300 MHz時(shí)，完全可以滿足輸出頻率為50 MHz的設(shè)計(jì)要求。

2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)
2．1 硬件設(shè)計(jì)
系統(tǒng)設(shè)計(jì)原理如圖2所示。該設(shè)計(jì)選用單片機(jī)AT89C55作為控制核心，其與DDS芯片AD9852之間采用并口通信方式。單片機(jī)P1口作為L(zhǎng)CD液晶顯示的數(shù)據(jù)總線，P0口用于AD9852地址總線和并口傳輸?shù)臄?shù)據(jù)總線，使用鎖存器74ALS573實(shí)現(xiàn)P0口復(fù)用，74ALS573鎖存輸出的六位數(shù)值為AD9852內(nèi)部寄存器的地址。P2和P3口作為控制口用于鍵盤(pán)芯片HD7279和AD9852的控制。

由于AD9852使用CMOS工藝，供電電壓是3．3V，而單片機(jī)使用的是TLL電平，所以要在TLL電路與CMOS電路之間進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換。該系統(tǒng)選擇了74LVTl6245作為5 V邏輯電平到3．3V邏輯電平的轉(zhuǎn)換器件。所需要輸出的頻率可通過(guò)按鍵設(shè)定得到，進(jìn)行的操作同時(shí)在液晶上進(jìn)行顯示。AD9852內(nèi)部系統(tǒng)時(shí)鐘頻率由外部有源晶振倍頻得到。
由于AD9852的內(nèi)部沒(méi)有低通濾波器，因此經(jīng)過(guò)內(nèi)部余弦DAC輸出的掃頻信號(hào)不可避免地含有高頻噪聲，所以信號(hào)輸出端口需外接低通濾波器抑制高頻干擾。該設(shè)計(jì)采用七階橢園函數(shù)濾波器。七階橢圓濾波器電路圖如圖3所示。

2．2 軟件設(shè)計(jì)