DDS基于AD9850的波形发生器设计
22页1、YibinYibin UniversityUniversity基于基于 DDSDDS 技术的任意波形发生器的设计技术的任意波形发生器的设计专专 业:业: 电子信息科学与技术电子信息科学与技术 学生姓名:学生姓名: 王蓟王蓟 邓青邓青 毕俊强毕俊强 张腾翼张腾翼 罗丽罗丽 院院 系:系: 物理与电子工程学院物理与电子工程学院 年级、班:年级、班: 20122012 级励志班级励志班 指导教师:指导教师: 文良华文良华 2014 年 6 月 6 日 摘摘 要要本系统设计一个正弦信号发生器。 ,使用 CORTEX-M4 单片机作为中央控制器,Cortex-M4 处理器是由 TI 专门开发的最新嵌入式处理器,用以满足需要有效且易于使用的控制和信号处理功能混合的数字信号控制市场。 高效的信号处理功能与 Cortex-M 处理器系列的低功耗、低成本和易于使用的优点的组合,旨在满足专门面向电动机控制、汽车、电源管理、嵌入式音频和工业自动化市场的新兴类别的灵活解决方案。 传统的频率合成器,通常从一排晶振荡器产生的各种频率通过开关进行频率混合。也有的采用众所周知的锁相环(PLL)技术实现频率合成。随着数
2、字技术的飞速发展,用数字控制方法从一个参考频率源产生多种频率,即直接数字合成技术(DDS)异军突起。本设计使用世界流行的美国 ADI 公司生产的 AD9850 频率合成器正是应用这种 DDS 技术的典型热门产品之一,AD9850 采用先地蝗CMOS 工艺,其功耗在 3.3V 供电时仅为 155mW,扩展工业级温度范围为-4080,采用 28 脚 SSOP 表面封装形式,结合 DDS 芯片 AD9850,产生015MHz 频率可调的正弦信号;调制信号为 1KHz 的正弦波,调制信号的产生采用 DDS 技术;系统采用全中文菜单操作方式,操作简单,快捷,且系统的精度和稳定性高。 关键字:正弦信号 CORTEX-M4 AD9850 DDS 技术1 前言前言信号发生器广泛应用于电子电路、自动控制和科学试验等领域。是一种为电子测量和计量工作提供符合严格技术要求的电信号设备,也是应用最广泛的电子仪器之一,几乎所有的电参量的测量都需要用到信号发生器。本设计研究的信号发生器的基本思路是:基于 DDS 芯片 AD9850 基础的任意波形发生器。系统是基于 AD9850 芯片产生的波形。它是由相位累加器、正
3、弦查询表、D/A 转换器组成的集成芯片。其中相位累加器的位数 N=32 位,寻址 RAM 用 14 位,舍去 18 位,采用高速 10 位数模转换,DDS 的时钟频率为 125MHz,输出信号频率分辨率可达 0.0291Hz;系统的微处理器采用CORTEX-M4,外围电路主要是接口电路、调幅电路、滤波电路和积分电路的设计。同时还包括键盘接口。系统的软件主要是启动和初始化 CORTEX-M4,然后处理键盘输入的频率控制字和相位控制字,并将其转换为 32 位的二进制数的控制字,最后并行递交给 AD9850 并启动 AD9850,让它实现从正弦查询表中取数产生波形再输出。2.方案设计2.1 DDS 的基本原理1971 年,美国学者 J. Tierncy, C. M. Rader 和 B. Gold 提出了以全数字技术,从相位概念出发直接合成所需波形的一种新的频率合成原理。限于当时的技术和器件水平,它的性能指标尚不能与已有的技术相比,故未受到重视。近20 年间,随着技术和器件水平的提高,一种新的频率合成技术直接数字合成频率合成(DDS)得到了飞速的发展,它以有别于其它频率合成方法的优越性能和特
4、点成为现代频率合成技术中的佼佼者。DDS 基本原理图如图 1 所示,DDS 由相位累加器,只读存储器,数模转换器 DAC 及低通滤波器组成。以合成正弦波为例,幅值表 ROM 中存有正弦波的幅值码,相位累加器在时钟 fc的触发下,对频率控制字 K 进行累加,相位累加器输出的相位序列(即相码)作为地址去寻址 ROM,得到一系列离散的幅度编码(即幅码) 。该幅码经过 DAC 变换后得到模拟的阶梯电压,再经过低通滤波器平滑后,即得到所需的正弦信号。一般将相位累加器和 ROM 合称为 NCO(数控振荡器)Clockba相位累加器波形存储器D/ALPF频率控制字图 1 DDS 的基本原理图相位累加器的结构如图 2 所示,由 N 位字长的二进制加法器与一个由时钟取样所得的 N 位二进制相位累加寄存器级联构成,加法器的一个出入端与相位寄存器的输出端相连,另一个输入端相连,另一个输入端是外部的频率控制字 K。每来一个时钟脉冲,加法器将频率控制数据与累加寄存器输出的累加相位数据相加,把相加后的结果送至累加寄存器的数据输入端。累加寄存器将加法器在上一个时钟作用后所产生的新相位数据反馈到加法器的输入端,以使加
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