基于DDS技术的正弦信号发生器的设计

第19卷 第2期 2008年 6月 苏州市职业大学学报 Journal of Suzhou Vocational University V0L19 No．2 Jun． 2008 基于 DDS技术的正弦信号发生器的设计 范海健 (苏州市职业大学 电子信息工程系，江苏 苏州 215104) 摘 要：基于直接数字频率合成(DDS)技术，设计正弦信号发生器。采用单片机AT89S51控制DDS芯片AD9851， 由AD9851产生频率可调的正弦信号，并通过 5阶低通滤波器得到纯正的正弦信号，经功率放大驱动电路输出目标 信号。具有频率分辨率高、范围宽、信号建立时间短、操作方便等优点。在现代电子仪器、通信技术、医学成像、雷达、 卫星通信上得到广泛应用。 关键词：直接数字频率合成(DDS)；正弦信号；发生器 中图分类号：TN98 文献标识码：A 文章编号：1008—5475(2008)02--0077—03 0 引言 在频率合成(Fs，Frequency Synthesis)领域中， 直接数字合成(Direct Digital Synthesis—DDS)【1]是近 年来新的FS技术。单片集成的DDS产品是一种可 代替锁相环的快速频率合成器件。因其精度高、变换 频率快、输出波形失真小成为优先选用技术。具体体 现在频带宽、频率转换时间短、频率分辨率高、输出 相位连续、可产生宽带正交信号及其他多种调制信 号、可编程和全数字化、控制灵活方便等方面，并具 有极高的性价比。DDS以稳定度高的参考时钟为参 考源，通过精密的相位累加器和数字信号处理，通过 高速 D／A变换器产生所需的数字波形(通常是正弦 波形)，这个数字波形经过一个模拟滤波器后，得到 最终的模拟信号波形。 l 系统组成 智能信号发生器系统图(如图 1)：系统中MCU 控制DDS芯片AD985 1圆j 生初始频率为 1 KH 的正 弦信号，可根据键盘键入的步长设定值，连续的进行 频率 自增并更新输出 1MH 以内的正弦信号 ，同时 在液晶显示模块中显示出相应的频率值来；滤波器 采用5阶巴特沃斯低通滤波器；功率放大选用宽带 高性能运放AD81l。 液晶显示 MCU 键盘控制 图 1 智能信号发生器系统图 2 单元电路设计 2．1 单片机控制电路设计 本系统的微处理控制器选用的是AT89S51，它 是美国 Atmel公司生产新一代的 5l芯片，成本降 低，且功能提升，89CXX与89SXX可以兼容。更重要 的是AT89SXX支持在线编程，非常方便。比较适合 本设计的 要求 对教师党员的评价套管和固井爆破片与爆破装置仓库管理基本要求三甲医院都需要复审吗 。 AT89S51的P0口接4x4键盘，用于频率的输 入；Pl口接 DDS芯片，实现对芯片相关信号的控 制；由于AD9851是贴片式的，体积非常小，引脚排 列比较密，焊接时必须小心，要防静电，焊接不好很 容易会把芯片烧坏。在使用中数据线、电源等接反 或接错都很容易损坏芯片。因此在 AD9851外围需 采用电源、输入、输出、数据线的保护电路。P2口接 液晶显示器，系统采用 DM一1602带有背光的5x7 点阵字符型液晶模块，容量为2行 l6个字。其微功 收稿 日期：2008—01—15 基金项目：苏州市职业大学引进人才科研基金资助项目(06SZD8) 作者简介：范海健(1979一)，男，江苏南通人，助教，硕士，研究方向：智能系统与信息处理。 一 77 — 维普资讯 http://www.cqvip.com 苏州市职业大学学报 第 19卷 耗、体积小、显示内容丰富、超薄轻巧的诸多优点， 在仪表、仪器和低功耗应用系统中应用广泛。P3口 用于扩展。 2．2 正弦信号发生电路 (1)DDS芯片 本系统采用了美国模拟器件公司在AD9850的 基础上生产的高集成度产品AD9851芯片[31。AD9851 内部结构由数据输入寄存器、频率／相位寄存器、具有 6倍参考时钟倍乘器的DDS芯片、1O位的模傲转换 器、内部高速比较器这几个部分组成。其中具有6倍 参考时钟倍乘器的DDS芯片是由32位相位累加器、 正弦函数功能查找表、D／A变换器以及低通滤波器集 成到一起。该 DDS芯片时钟频率可达 180MHz，输出 频率可达70MHz，分辨率为 0．04Hz。 (2)频率字的计算 AD9851可以产生一个频谱纯净、频率和相位 都可编程控制，且稳定性很好的模拟正弦波。这个正 弦波能够直接作为基准信号源，或通过其内部高速 比较器转换成 标准 excel标准偏差excel标准偏差函数exl标准差函数国标检验抽样标准表免费下载红头文件格式标准下载 方波输出，作为灵敏时钟发生器 来使用。AD985 1输出频率由输入参考时钟和32位 频率控制字决定。即i n--．Aphasexf~zk／2监，其中： Aphase为32位频率控制字i 为输入时钟频率； ． 为输出频率。 利用该算法计算出32位频率控制字的值，经单 片机进行运算处理后送入 AD9851的频率，相位寄 存器，即可改变芯片的输出频率。 2I3 滤波电路 由于AD9851输出的是采样信号，谱内既含有 基波信号也含有高频谐波信号。DDS采用的是全数 字技术，会存在杂散干扰，直接影响输出信号的质 量。为了滤除AD9851每次转换后出现的杂波，我们 在后级加了5阶巴特沃斯低通滤波器，使信号输出 更加符合要求。在制作滤波器时，要特别注意滤波器 的摆放，否则会很大程度影响滤波器的效果，甚至会 带入杂波。 2．4 功率放 大电路 由于经滤波器输出的正弦信号功率很小，驱动 能力弱，很难达到使用要求，因此必须进行功率放 大。这里我们选择AD公司的集成宽带高性能运算 放大器 AD811 。 3 软件设计 系统程序主要实现的功能包括以下几个部分： 一 78 一 键盘扫描控制与频率设定程序，液晶显示控制程序， ADS9851控制程序等。这里主要介绍AD9851的启 动和数据传送时序与相关控制程序，如图2所示，通 过单片机的某些端口为 DDS芯片提供复位信号 DDS _ RESET、字输入脉冲 DDS_WCLK、数据转载始 能信号DDS_FQUD以及串行数据输入端。DDS芯片 的初始化与数据传送程序如下： !叵 五 王 b。 -~‘tw ．r l n n几 『-1『-] 几』L ． 。 ulk ·I ．I }．—一 lcF———_- 图 2 AD9851的启动和数据传送时序 DDS _ DATA7 BIT P1．7；DDS芯片与 AT89C51 的接 口定义 DDS _ W CLK BIT P3．6 DDS _ FQUD BIT P3．5 DDS_RESET BIT P2．7 ；初始化 DDS SETU D985 1：CLR DDS _ RESET；主复位 NOP NOP SETB DDS RESET NOP NOP NOP NOP CLR DDS RESET CLR DDS_ WCLK ；初始化信号脚 CLR DDS_FQUD SETB DDS _ WCLK；设置为串行输入 CLR DDS _ W CLK SETB DDS ．FQUD CLR DDS-FQUD RET 4 结论 圆锥曲线的二级结论椭圆中二级结论圆锥曲线的二级结论圆锥曲线的二级结论探究欧姆定律实验步骤 采用单片机AT89S51控制 DDS芯片AD9851。 实现的信号源工作稳定，能输出多种形式的信号，控 制方式灵活，且具有改变频率速度快、分辨率高等优 ∞ ～ Ⅲ 一 妻l S 维普资讯 http://www.cqvip.com 2008年第2期 范海健：基于DDS技术的正弦信号发生器的设计 点。经过系统软件、硬件的调试，所有性能均达到了 设计的要求，且频率准确度高，说明AD985 1是一种 性价比极高的DDS芯片，具有较强的实用价值，能 在调频要求较高的设备中应用。 参考文献： [1】彭文标，黄悦华．基于DDS技术的信号源设计与实现[J】． 微计算机信息，2007(20)：271—272． [2】 李志鹏，郭勇，沈军．基于DDS技术实现信号发生器[J】． 传感器与仪器仪表，2007(19)：175—177． 【3】刘红兵，陈钟荣．CPLD+DDS在调频连续波雷达中的应用 【J】．微计算机信息，2006(23)：191—193． [4]唐智，周荫清，李景．基于AD9850的逐赫兹可调信号发 生器的设计[J】．遥测遥控，2003，24(1)：34—37． [5】 黄智伟．全国大学生电子设计竞赛制作实例[M】．北京：北 京航空航天大学出版社，2007． (责任编辑：李 华) The Design of Sinusoidal Signal Generator Based on DDS Technology FAN Hai-jian (Suzhou Vocational University，Suzhou 215104，China) Abstract： This article puts forward the design of sinusoidal signal generator based on direct digital ~equency synthesis (DDS)technology，controlled by AT89C5 1，creates sinusoidal signal with adjustable ~equency from the DDS chip AD985 1，and gets the pure sinusoidal signal with the 5th low pass filter． The target signal is output through electric power enlarging driving circuit in the end．The advantage is high ~equency accuracy， short-time sign al estab lishment， broad scope， convenient operation and wide application in the modern electronic instruments， communication technology ， medical science，radar，and satellite communication． Key words：direct digital~equency synthesis(DDS)；Sinusoidal signal；generator 啸d·}_{·}_{·}_{·}_{。}_{。}_{·}_{·}_{·}_{·}_{·}_{。}_{。}_{·}_{。}_{。}_{’}_{’}_{’}_{’}_{’}_{’}_{’}_{’}_{．}_{’}_{’}_{’}_{。}_{。}_{’}_{。}_{’}_{’}_{’}_{’}_{’}_{’}_{’}_{’}_{’}_{’ 山 ‘ 十 T 耄 关-3=栏目调整的说明 辜 工 叩 下 车 《苏州市职业大学学；}~ ．))(CN32--152&C,4)是一本反映学校各类工程与应用技术成 丰 T T 芏 果的综合性科技期刊 。 自1985年创刊以来，及时跟踪学校重大科研项目、重要学术研究 芏 工 工 窭 成果，服务于教学和科研工作，促进了学校教学科研和高等教育事业的发展，成为广大 窭 工 工 车 教师进行学术交流的平台。 车 丰 根据学校“十一五”发展规划要求，为促进学校的内涵建设与发展，自2009年起本 车 · 丰 刊将调整为自然科学版。主要刊登电气、通信、电子、计算机、信息工程、自动化控制、机 芏 械、材料、管理科学和数理等方面的最新研究成果，分设电子信息工程、制造业信息化技 芏 士 士 $ 术、计算机技术与应用、管理工程、数理科学、研究综述等栏目。 窭 车 自2009年起，本刊将不再刊登社会科学类论文，原高职教育研究、环太湖区域研究 丰 山 山 丰 和经济管理等栏目调整至《苏州教育学院学报》，敬请投稿时注意。 ：}： 山 十 叩 ：{： 本刊编辑部 ：}： 叩 _t’ ，J 柙 1丁 l’ ’r 士 己{．}_{．}_{．}_{．}_{．}_{．}_{．}_{．}_{．}_{．}_{．}_{．}_{．}_{．}_{．}_{．}_{．}_{．}_{．}_{．}_{．}_{．}_{．}_{．}_{．}_{．}_{．}_{．}_{·}_{·}_{．}_{-}_{．}_{·}{·}_{·}_{·}_{．}_{·}_{·}_{·}_{·}- — — 79 —— 维普资讯 http://www.cqvip.com