基于CPLD及DDS的正交信号源滤波器的设计

2009-09-17 20:12:01来源: 桂林电子科技大学

  1 引言

  由于传统的多波形函数信号发生器需采用大量分离元件才能实现,且设计复杂,这里提出一种基于CPLD的多波形函数信号发生器。它采用CPLD作为函数信号发生器的处理器,以单片机和CPLD为核心,辅以必要的模拟和数字电路,构成的基于DDS(直接数字频率合成)技术、波形稳定、精度较高的多功能函数信号发生器。

  2 系统设计

  图1给出系统设计框图,该系统设计主要由CPLD电路、单片机电路、键盘输入液晶显示输出电路以及D/A转换电路和低通滤波器等电路组成。

  2.1 频率合成器

  该系统设计采用直接数字式频率合成DDS(Direct Digital Frequency Synthesis)技术,采用ROM存储所需的量化数据,按照不同频率求出频率控制字。以K为步进对相位累加器进行累加,每累加一次,取出累加器的高8 位数据送至ROM,ROM根据不同的地址取出不同的数据送TLC7524进行转换。再经过滤波即可得到所需要波形。由于DDS具有相对带宽很宽,频率转换时间极短,频率分辨率高等优点。此外,全数字化结构便于集成,输出相位连续,频率,相位和幅度均可实现程控。

  2.2 幅度控制模块

  幅度控制模块由DAC0832控制,利用其内部电阻分压网络,将其作为数控电位器。将 TLC7524的输出波形作为DAC0832的基准电压源输入,其输出波形为V=(N/256)×Vin,其中N为单片机输入的幅度控制字。通过一简单的电阻分压网络调整运放输出峰一峰值为0~5 V,再送至DAC0832由单片机控制其幅度实现幅度的步进,如图2所示。

  2.3 后级处理模块

  采用二阶巴特沃兹低通滤波器。巴特沃兹低通滤波器的幅度函数是单调下降的,由于n阶低通巴特沃兹低通滤波器的前(2n-1)阶导数在ω=0处为零,所以巴特沃兹低通滤波器也称最大平坦幅度滤波器。由于该设计要求滤除的频率分量主要为由D/A转换器产生的高频分量,与系统所要求保留的频率相差很远,所以滤波器在通频带内的平坦程度比其衰减陡度更为重要,而且巴特沃兹低通滤波器所要的元件值合乎实际情况,不像其他滤波器要求元件值那么苛刻。

  3 硬件电路系统设计

  3.1 总体设计思路

  整个系统以CPLD(EPM7128)、AT89S51、AT28C64(EEP-ROM)为核心。CPLD通过相位累加产生读取ROM的地址。以单片机为系统控制的核心,主要功能:给CPLD送频率控制字,即相位累加器的累加值,以此控制频率;给D/A转换器送幅度控制字D,控制波形幅度;处理红外遥控键盘;送数据给液晶LCD。EEPROM存储已固化好波形的数据。

  3.2 CPLD模块

  该模块通过一个4引脚的工业标准JTAG接口在系统编程(ISP),并且在编程过程中仅需5.0 V单电压供电。编程过程中,I/O引脚处于三态并被上拉,以消除板上冲突。上拉阻值为1 kΩ。因为该器件是在线编程的,为了便于调试,所以把下载口直接做在电路板上。考虑到电源为自制的稳压电源,CPLD受电源纹波干扰影响较大,所以在每个器件旁都加有去耦电容。

  3.3 D/A转换及幅度控制

  D/A转换采用TI公司的TLC7524,该器件转换速度可达10 M,幅度控制D/A转换采用MAX518,该器件是I2C总线的双D/A转换器,只需很少的端口线就可实现两路幅度的控制,大大节省单片机的端口。图3给出D/A转换电路。

[1] [2]

关键字:CPLD  DDS  滤波器  正交信号  信号发生器

编辑:小甘 引用地址:http://www.eeworld.com.cn/FPGA/2009/0917/article_718.html
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北京航空航天大学教授,国内最早从事复杂数字逻辑和嵌入式系统设计的专家。

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