如何使用AD9854和DDS进行信号发生器的设计和实现的资料说明

消耗积分:10 | 格式:doc | 大小:4.10 MB | 2019-04-17

李沛中

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　　在现代科研、通信系统、电子对抗及各种电子测量技术中，一个高精度、频率可调的信号源是很多电子设备和系统实现高性能的关键。随着数字集成电路和微电子技术的发展，直接数字合成技术（DDS）将先进的数字处理技术与方法引入信号合成领域，优越的性能和突出的特点使其成为现代频率合成技术中的佼佼者。

　　DDS器件采用了高速数字电路和高速D/A转换技术，具备了频率转换时间短、相对带宽宽、频率分辨了高、输出相位连续和相位可快速程控切换等优点可以实现对信号的全数字式调制。而且，由于DDS是数字化高密度集成电路产品，芯片体积小、功耗低，因此合一用DDS构成高性能频率合成信号源来取代传统频率信号源。

　　AT89C51是一种带4K字节FLASH存储器（FPEROM—Flash Programmable and Erasable Read Only Memory）的低电压、高性能CMOS 8位微处理器，俗称单片机。AT89C51是一种带2K字节闪存可编程可擦除只读存储器的单片机。单片机的可擦除只读存储器可以反复擦除1000次。该器件采用ATMEL高密度非易失存储器制造技术制造，与工业标准的MCS-51指令集和输出管脚相兼容。由于将多功能8位CPU和闪速存储器组合在单个芯片中，ATMEL的AT89C51是一种高效微控制器，AT89C51是它的一种精简版本。AT89C51单片机为很多嵌入式控制系统提供了一种灵活性高且价廉的方案。

　　设计以51单片机及DDS芯片AD9854为核心，采用直接数字合成技术完成多功能高频正弦信号发生器的设计。设计中采用DDS合成FSK、ASK、BPSK和方波信号。

　　DDS芯片中主要包括频率控制寄存器、高速相位累加器和正弦计算器三个部分。频率控制寄存器可以串行或并行的方式装载并寄存用户输入的频率控制码；而相位累加器根据频率控制码在每个时钟周期内进行相位累加，得到一个相位值；正弦计算器则对该相位值计算数字化正弦波幅度。DDS芯片输出的一般是数字化的正弦波，因此还需经过高速D/A转换器和低通滤波器才能得到一个可用的模拟频率信号。

　　DDS合成频率方式有两种：

　　1．根据正弦函数关系式，按照一定的时间间隔利用计算机进行数字递推关系计算，求解瞬时正弦函数幅值并实时地送入数/模转换器，从而合成出所要求频率的正弦波信号。优点：电路简单、成本低、合成信号频率的分辨率可做得很高等优点，

　　缺点：受计算机速度的限制，合成信号频率较低，一般在几千赫兹左右；

　　2．用硬件电路取代计算机的软件运算过程，即利用高速存储器将正弦波的M个样品存在其中，然后以查表的方式按均匀的速率把这些样品输入到高速数/模转换器，变换成所设定频率的正弦波信号。

　　优点：采用高速存储器产生正弦波幅值数据，合成频率已可以做得很高，目前已达到数百兆赫。使用最广泛。

　　随着微电子技术的飞速发展，目前高超性能优良的DDS产品不断推出，主要有Qualcomm、AD、Sciteg和Stanford等公司单片电路（monolithic）。Qualcomm公司推出了DDS系列Q2220、Q2230、Q2334、Q2240、Q2368，其中Q2368的时钟频率为130MHz，分辨率为0.03Hz，杂散控制为-76dBc，变频时间为0.1μs;美国AD公司也相继推出了他们的DDS系列：AD9850、AD9851、可以实现线性调频的AD9852、两路正交输出的AD9854以及以DDS为核心的QPSK调制器AD9853、数字上变频器AD9856和AD9857.AD公司的DDS系列产品以其较高的性能价格比，目前取得了极为广泛的应用。

　　DDS直接数字频率合成器主要由相位控制寄存器、频率控制寄存器等组成。常用的DDS结构如图1.2所示。

　　核心：相位累加器，由两个加法器Σ和一个N位相位寄存器N一般为24～32位。

　　1．每来一个时钟，相位寄存器以步长M增加。相位寄存器的输出与相位控制字相加，然后输入到正弦查询表地址上。