基于DDS技术的高频正弦波发生器的设计

2015-03-19 10:01:31   来源:eechina   

关键字: DDS  正弦波  发生器

1 引言  

正弦信号应用极为广泛,通常作为标准信号,用于电子学性能实验及参数测量,故要求正弦波信号发生器输出波形具有较高的精度、稳定度及低失真度。产生正弦信号的方法很多,可以采用函数发生器 MAX038或 ICL8038集成芯片外接分立元件来实现,通过调节外接电容或电阻来设置输出信号频率。但输出信号受外部分立器件参数影响很大,且输出信号频率不能太高,同时无法实现频率步进调节。另外,采用 FPGA+D/A可实现正弦信号发生器的设计,同时可实现频率步进调节,但当输出高频信号时,需要高速D/A来配合工作。  

本文采用直接数字合成(DDS)技术,采用专用集成芯片 AD9834作为正弦波产生模块,由 C8051F020作为控制器来完成整个系统的设计。实验结果显示:输出信号频率在 1 KHz 至15 MHz,且无明显失真,输出信号频率实现 100Hz、1KHz、10KHz三级步进调节;在 50欧姆电阻负载情况下,输出电压峰峰值在 2.35V至 10.45V之间;同时可实现模拟调幅信号(AM)、模拟调频信号( FM)、二进制幅移键控信号( ASK)、二进制频移键控信号( FSK)及二进制相移键控信号(PSK)的输出; AM信号的调制度以 10%步进调节; FM信号最大频偏为 5KHz/10KHz可选。

2 系统设计  

系统总体框图如图 1所示。系统选取集成混合信号 C8051F020单片机作为主控制器,通过键盘与显示控制芯片 7279来接收功能选择、参数设置等信息,并将输出信号频率等信息实时送往数码管显示。同时,控制器将读取的按键信息转换成控制命令通过串行接口送给 AD9834,由 AD9834产生正弦信号、 ASK、PSK、FSK及 FM信号。而 AM信号的产生则由输出的正弦信号与 1KHz的带偏置正弦信号相乘来实现,通过调节直流分量来调节 AM信号调制度。  


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2.1 正弦信号发生模块  

直接数字合成(DDS)技术具有输出信号精度高、变频速度快、输出信号连续、控制方便及性价比高等诸多优点,因而适用于高频、高精度正弦信号发生器的设计。本系统选取AD9834,其工作原理示意图如图 2所示。它由频率字寄存器、相位字寄存器、相位累加器、加法器、正弦 ROM表及DAC组成。在控制时钟信号作用下,累加器将与输出信号频率对应的频率字进行累加,然后与相位字相加以形成最终相位信息。正弦 ROM表则将相位信息转化为幅值信息,然后由 DAC生成正弦信号 。  


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输出信号频率精度主要由基准频率精度决定。为增大 AD9834输出信号幅值,采用高频运放 AD811进行信号放大。但考虑到输出信号幅值随频率增大而减小的不足,系统采用数控电位计 X9C102来实现可变增益放大,即依据输出信号频率的不同来改变数控电位计的值,以改变增益[8]。可变增益放大器原理示意图如图 3所示。  


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图中:R1为数控电位计 X9C102的等效电阻值。  

2.2 PSK、FSK、ASK信号的产生  

AD9834有两个相位字寄存器 PHASE0、PHASE1,可通过片外引脚 PSELECT或片内控制寄存器相关位来选择 PHASE0或 PHASE1中的值作为输出信号的初始相位字。据此,向 PHASE0和 PHASE1分别写入 0和 π所对应的数值( 000H和 800H),由控制器 C8051F020产生 10kbps的二进制基带序列接到端口 PSELECT上,输出端便可得到二进制 PSK信号。  
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编辑:什么鱼
本文引用地址: http://www.eeworld.com.cn/Test_and_measurement/2015/0319/article_11070.html
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