DDS數(shù)字高頻信號發(fā)生器的設(shè)計(jì)

1、DDS數(shù)字信號發(fā)生器的設(shè)計(jì) 摘 要：本設(shè)計(jì)以先進(jìn)的DDS數(shù)字頻率合成技術(shù)為核心，整個(gè)系統(tǒng)是以AT89S52為控制，AD9851芯片和LC級聯(lián)濾波模塊及有源晶體振蕩器構(gòu)成的DDS正弦波信號發(fā)生器。該系統(tǒng)可按鍵改變頻率，步進(jìn)值可設(shè)定100Hz等其它隨意值；可以輸出高穩(wěn)定的正弦信號，輸出端使用高頻功率放大模塊提高其輸出電壓峰峰值和帶負(fù)載能力；用0832和AD0809構(gòu)成步進(jìn)調(diào)幅（AM）模塊和AD574和AD9851構(gòu)成頻率數(shù)控調(diào)頻（FM）模塊，從而完全實(shí)現(xiàn)AM，F(xiàn)M信號步進(jìn)調(diào)制；還自制多路分檔低紋波電源，整個(gè)系統(tǒng)不僅完全達(dá)到并超過基本要求還全基本實(shí)現(xiàn)了發(fā)揮部分，同時(shí)還具有實(shí)現(xiàn)頻率擴(kuò)展、跳頻，相位變換

2、，多種波形產(chǎn)生信號源等實(shí)用性功能。關(guān)鍵詞：數(shù)字頻率合成技術(shù)（DDS）；AD9851；AT89S52；調(diào)幅調(diào)頻Abstract: The system adopting DDS, The fundamental principle of direct digital synthesis (DDS) is introduced in this paper. And it also analyzes several frequency synthesis projects with DDS. Finally it introduces the research and design of digit

3、al frequency synthesizer by complete. AD 9851 is a highly integrated device that used advanced direct digital synthesis (DDS) technology1And also intraduced the application in direct digital frequency signal generator. An important frequency synthesis technology with such advantages as high frequenc

4、y resolution and fast frequency conversion, DDS has found wide application in radar and communication field. In this paper, the principle and features of AD9851 are introduced. How to design a signal generator with quadrature phase and fre2 quency variation between 0 and 10MHz is presented. The hard

5、ware interface and software flowchart of AD9851andAT98S52 one -chip computer are givenKeywords: frequency hopping, DDS technology, AD9851, direct digital synthesis, AT98S52目 錄1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)11.1 設(shè)計(jì)要求11.1.1 基本要求11.1.2 發(fā)揮部分11.2 總體設(shè)計(jì)方案11.2.1 設(shè)計(jì)思路11.2.2 方案論證與比較21.2.3 系統(tǒng)硬件組成42 單元電路設(shè)計(jì)62.1 DDS正弦信號發(fā)生器62.2 高頻功率放大器電路的

6、設(shè)計(jì)82.3 1KH調(diào)制信號的產(chǎn)生電路92.4 AM調(diào)幅電路的設(shè)計(jì)102.5 FM調(diào)頻電路的設(shè)計(jì)102.6 濾波器電路的設(shè)計(jì)113 軟件設(shè)計(jì)223.1 信號發(fā)生器程序流程圖223.2 AD9851調(diào)幅輸出控制的程序流程圖233.3 AD9851調(diào)頻輸出控制的程序流程圖233.4 中斷處理程序流程圖244 誤差分析245 系統(tǒng)測試255.1 測試使用的儀器255.2 指標(biāo)測試和測試結(jié)果265.2.1 輸出頻率范圍和穩(wěn)定度的測試265.2.2 輸出頻率范圍和穩(wěn)定度的測試266 結(jié)束語27參考文獻(xiàn)281 系統(tǒng)設(shè)計(jì)1.1 設(shè)計(jì)要求1.1.1 基本要求（1）正弦波輸出頻率范圍：1kHz10MHz；（2）

7、具有頻率設(shè)置功能，頻率步進(jìn)：100Hz；（3）輸出信號頻率穩(wěn)定度：優(yōu)于10-4；（4）輸出電壓幅度：在50負(fù)載電阻上的電壓峰-峰值Vopp1V；（5）失真度：用示波器觀察時(shí)無明顯失真。1.1.2 發(fā)揮部分在完成基本要求任務(wù)的基礎(chǔ)上，增加如下功能：（1）增加輸出電壓幅度：在頻率范圍內(nèi)50負(fù)載電阻上正弦信號輸出電壓的峰-峰值Vopp=6V±1V；（2）產(chǎn)生模擬幅度調(diào)制（AM）信號：在1MHz10MHz范圍內(nèi)調(diào)制度ma可在10%100%之間程控調(diào)節(jié)，步進(jìn)量10%，正弦調(diào)制信號頻率為1kHz，調(diào)制信號自行產(chǎn)生；（3）產(chǎn)生模擬頻率調(diào)制（FM）信號：在100kHz10MHz頻率范圍內(nèi)產(chǎn)生10kH

8、z最大頻偏，且最大頻偏可分為5kHz/10kHz二級程控調(diào)節(jié)，正弦調(diào)制信號頻率為1kHz，調(diào)制信號自行產(chǎn)生；（4）產(chǎn)生二進(jìn)制PSK、ASK信號：在100kHz固定頻率載波進(jìn)行二進(jìn)制鍵控，二進(jìn)制基帶序列碼速率固定為10kbps，二進(jìn)制基帶序列信號自行產(chǎn)生；（5）其他。1.2 總體設(shè)計(jì)方案1.2.1 設(shè)計(jì)思路題目要求設(shè)計(jì)一個(gè)正弦信號發(fā)生器。設(shè)計(jì)中采用DDS數(shù)字頻率合成技術(shù)，通過功能鍵設(shè)置實(shí)現(xiàn)步進(jìn)值調(diào)節(jié)正弦波頻率，采用LC濾波級聯(lián)模塊實(shí)現(xiàn)輸出正弦波低失真且穩(wěn)定度優(yōu)于10-4，輸出端采用高頻功率放大模塊使輸出正弦波峰峰值Vopp達(dá)到6V±1V，控制部分以AD公司采用先進(jìn)的DDS直接數(shù)字合成技

9、術(shù)生產(chǎn)的高集成度產(chǎn)品AD9851芯片和Atmel公司的單片機(jī)AT89S52為核心，將AD9851并行加載到AT89S52進(jìn)行控制，使用0832和AD0809構(gòu)成步進(jìn)調(diào)幅模塊及自制乘法器調(diào)幅模塊和AD574數(shù)據(jù)采集結(jié)合AD9851調(diào)頻控制模塊，分別可實(shí)現(xiàn)模擬幅度調(diào)制（AM）信號和頻率調(diào)制（FM）信號，以及二進(jìn)制PSK、ASK信號，并且增加頻率擴(kuò)展，跳頻技術(shù)等功能，使系統(tǒng)更加完善實(shí)用。1.2.2 方案論證與比較1正弦波發(fā)生器的設(shè)計(jì)方案論證與選擇方案一：采用傳統(tǒng)的直接頻率合成DS技術(shù)。這種方法能快速頻率變換，具有低相位噪聲等優(yōu)點(diǎn)，電路圖如圖1.2.1所示。但分離元件設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)復(fù)雜，體積龐大，成本高，產(chǎn)

10、生過多的雜散分量，不易于控制。圖1.2.1 分立元件構(gòu)成的正弦信號發(fā)生器方案二：采用鎖相環(huán)式頻率合成器。利用鎖相環(huán)，將壓控振蕩器Vco的輸出頻率鎖定在所需頻率上。這種頻率合成器具有很好的窄帶跟蹤特性，可以很好的選擇所需頻率信號，抑制雜散分量，并且省去大量的濾波器。但由于鎖相環(huán)本身是一個(gè)惰性環(huán)節(jié)，鎖定時(shí)間較長，故頻率轉(zhuǎn)換時(shí)間較長，而且正弦波的幅度，頻率和相位都很難控制。方案三：采用直接數(shù)字頻率合成技術(shù)（Direct Digital Frequency Synthesis），相位累加器（PA），正弦波查找表（即存放在只讀存儲器（ROM）中的相位碼/幅度碼轉(zhuǎn)換表），數(shù)字/模擬轉(zhuǎn)換器（DAC），低通濾

11、波器（LPF）組成。參考頻率源是一個(gè)高穩(wěn)定度的有源晶振，其輸出信號為DDS合成頻率的基準(zhǔn)頻率，保證DDS中的各部件同步工作，用頻率控制字Fcw來控制相位累加器的累加次數(shù)，從而改變輸出頻率f0的高低。DDS具有相對頻帶寬很寬，頻率轉(zhuǎn)換時(shí)間短，頻率分辨高（最小值為0.042Hz）等優(yōu)點(diǎn)，DDS系列芯片全數(shù)字化結(jié)構(gòu)高度集成，輸出頻率相位和頻率連續(xù)，頻率和相位及幅度均可實(shí)現(xiàn)程控，符合題目設(shè)計(jì)要求?；鶞?zhǔn)時(shí)鐘相位累加器相位/幅度變換D/A變換低通濾波比較器 圖1.2.2 AD9851內(nèi)部工作框圖綜上所述，本次制作選擇方案三采用DDS數(shù)字頻率合成技術(shù)，AD9851芯片和Atmel生產(chǎn)的單片機(jī)AT89S52構(gòu)

12、成核心主控系統(tǒng)2高頻功率放大電路的設(shè)計(jì)方案與論證方案一：采用丙類功率放大電路?？捎萌龢O管用3DA5109。調(diào)整放大管的導(dǎo)通角在70º左右，可以提高功放的效率。但同時(shí)失真度放大，輸出端必須采用并聯(lián)諧振回路，較復(fù)雜。方案二：采用甲類功率放大電路。甲類放大器的導(dǎo)通角為360º，適用于信號功率放大；乙類功率放大器的導(dǎo)通角為180º，適合大功率工作。甲類或乙類功率放大電路其輸出功率和效率都不是很高，但可以輕松達(dá)到提高電壓峰峰值目的。 綜上所述，選擇方案二采用甲類放大器電路設(shè)計(jì)末級功率放大電路。3模擬幅度調(diào)制（AM）載波的設(shè)計(jì)方案與論證方案一：采用數(shù)控電位器組成的電阻分壓網(wǎng)絡(luò)

13、，但由于數(shù)控電位器的分檔數(shù)不滿足題目中對AM載波的控制要求，而且組合接法比較復(fù)雜，程序上增加難度。方案二：8038為信號源產(chǎn)生1KHz的正弦波信號源，幅度控制由AT89S52編程控制DAC0832控制實(shí)現(xiàn)，利用DAC0832內(nèi)部的電阻網(wǎng)絡(luò)，將其作為數(shù)控電位器使用，將8038的輸出波形作為DAC0832的電壓基準(zhǔn)的輸入，其輸出波形幅度將為V=（N/256）×Vin，其中N為單片機(jī)輸入的幅度控制字符，通過一簡單的電阻分壓網(wǎng)絡(luò)調(diào)整運(yùn)放放輸出為峰-峰值05，再選入DAC0832由單片機(jī)控制其幅度，從而實(shí)現(xiàn)峰-峰值0.1V步進(jìn)調(diào)整。綜上所述，采用方案二。4模擬幅度調(diào)制（AM）調(diào)制波的設(shè)計(jì)方案與

14、論證1KHz的調(diào)幅波由8038和帶寬1MHz的DAC0832實(shí)觀。利用DAC0832內(nèi)部的電阻網(wǎng)絡(luò)，將經(jīng)8038產(chǎn)生的1KHz正弦波作為DAC0832的電壓基準(zhǔn)源，由單片機(jī)控制輸入的數(shù)字量實(shí)現(xiàn)。幅度的調(diào)整，即V=（N/256）×Vin，其中N為單片機(jī)輸入的幅度控制字。1MHz10MHz載波由AD9851控制產(chǎn)生，相位累加器的位數(shù)為N，相位控制字的值為FN，頻率控制字的位數(shù)為M，頻率控制字的值為FM，系統(tǒng)外部參考時(shí)鐘頻率為40M，鑒于題目的頻帶要求，就不進(jìn)行內(nèi)部6倍參考時(shí)鐘，此時(shí)，由F=FmFc/2N來確定最終輸出正弦波的頻率，通過其控制字符來對實(shí)現(xiàn)輸出正弦波的調(diào)頻5模擬頻率調(diào)制（FM

15、）調(diào)制波的設(shè)計(jì)方案與論證FM信號UFM（t）的表達(dá)式為UFM波的振幅。它不隨調(diào)制信號變化則恒定的，w0FM波的中心角頻率，它就是Uw(t)=0，即未調(diào)制，時(shí)載波角頻率，受調(diào)后，F(xiàn)M信號的瞬時(shí)角頻率w(t)是以wc為中心而變化的。Aw(t)FM波的瞬時(shí)角頻率偏移（瞬時(shí)角頻偏），（為調(diào)制信號電壓的最大值）FM波的調(diào)頻靈敏度，它表示單位調(diào)制信號電壓所引起的角頻率偏移變化值。FM波的瞬時(shí)相位偏移，F(xiàn)M波的瞬時(shí)相位偏移，是受調(diào)后與FM波的瞬時(shí)角頻率偏移相對應(yīng)的FM波瞬時(shí)相位偏移。FM波的最大相偏，也稱為FM波的調(diào)頻損數(shù)。其中可以得知FM波的最大角頻率偏移（最大角偏）與調(diào)制信號電壓最大值對應(yīng)，同時(shí)近似認(rèn)為

16、角頻率偏移量與調(diào)制信號的電壓值成線性關(guān)系。最大頻偏對應(yīng)5KHZ點(diǎn)，而2408是AD574雙極性量程的一半則單步頻偏=5000/2408*N= 100(D)/ 41(D)*N，設(shè)AD574采樣數(shù)據(jù)為N，則采樣數(shù)據(jù)對應(yīng)頻偏分布如下：正極性： w=(N-2048)* *k負(fù)極性： w=(2048-N)* *k由此邏輯關(guān)系來對AD9851進(jìn)行字控制從而達(dá)到頻率調(diào)制目的。 6濾波的設(shè)計(jì)方案設(shè)計(jì)與論證為了消除波形表生成時(shí)所帶來的毛刺及生成正弦波時(shí)進(jìn)行數(shù)模轉(zhuǎn)換所產(chǎn)生的高頻分量，我們在系統(tǒng)的后級設(shè)計(jì)了濾波器來提高產(chǎn)生的波形質(zhì)量。方案1：采用二階切比雪夫低通濾波器。切比雪夫?yàn)V波器的幅度響應(yīng)在通帶內(nèi)是在兩個(gè)值之間

17、波動(dòng)，在通帶內(nèi)的波動(dòng)次數(shù)取決于濾波器的階數(shù)。理想的切比雪夫?yàn)V波器在靠近截止頻率的部分有比巴特沃思濾波器更接近矩形的頻率回應(yīng)。這一點(diǎn)是以通帶內(nèi)允許波動(dòng)為代價(jià)而得到的。方案2：基于題目1KHZ到10MHZ高頻帶，采用多階型LC低通濾波器。由于要濾除的頻率分量主要為高次偕波分量和D/A產(chǎn)生的高頻分量（1M和10M），所以相對來說，濾波器在通帶內(nèi)的平坦程度對我們而言，比其衰減陡度更為重要，而且型LC低通濾波器的元件值也較合乎實(shí)際情況，不像絕大多數(shù)其他類型濾波器對元件值要求那么苛刻，在截止頻率附近，頻率響應(yīng)鈍化可能使這些濾波器在要求銳截止的地方不合要求?；谏鲜隹紤]，我們決定采用第二種方案。1.2.3

18、系統(tǒng)硬件組成信號發(fā)生器硬件系統(tǒng)組成框圖如圖1.2.3所示。MCUAT89S52顯示MAX7219LED鍵盤電源AD9851LC濾波器1KHz10MHz正弦波輸出控制字圖1.2.3 信號發(fā)生器硬件系統(tǒng)組成框圖調(diào)頻模塊硬件系統(tǒng)組成框圖如圖1.2.4所示：ICL8038調(diào)制 發(fā)生器LM398采樣保持器AD574信號采集AT89S52MCU7219顯示控制器LEDLC濾頻器DDS芯片AD9851圖1.2.4 調(diào)頻模塊硬件系統(tǒng)組成框圖調(diào)幅模塊硬件系統(tǒng)組成框圖如圖1.2.5所示：ICL8038信號發(fā)生器0832DA轉(zhuǎn)換 AM調(diào)幅法鍵盤AT89S52MCS鍵盤AT89S52MCSDDS信號發(fā)生器MAX721

19、9顯示 控制器LED顯示器1kHz正弦波幅度可變1kHz正弦調(diào)制信號調(diào)幅波圖1.2.5 調(diào)幅模塊硬件系統(tǒng)組成框圖2 單元電路設(shè)計(jì)2.1 DDS正弦信號發(fā)生器圖2.1.1其中AD9851的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖2.1.1所示。它是采用28腳SSOP表面封裝的超大規(guī)模DDS集成芯片。它將32位相位累加器，正弦函數(shù)功能查詢表，D/A變換器以及調(diào)制、控制電路等集成到一起，它的時(shí)鐘頻率可達(dá)180MHz，輸出信號頻率可達(dá)70MHz，分辨率為0.04Hz。AD9851為了避免要求高速參考時(shí)鐘振蕩器，在其電路內(nèi)部結(jié)構(gòu)中設(shè)計(jì)了一個(gè)6倍的參考時(shí)鐘乘法器，當(dāng)系統(tǒng)時(shí)鐘為180MHz時(shí)，輸入?yún)⒖紩r(shí)鐘只需要30MHz即可。AD98

20、51片內(nèi)高速比較器被設(shè)計(jì)成為能夠接受DAC外部濾波器的輸出，用以產(chǎn)生一個(gè)低抖動(dòng)的輸出脈沖。頻率調(diào)制，控制和相位調(diào)制字可以采用串行或并行的方式輸入AD9851，并行方式由5組8位控制字反復(fù)送入，前8位控制輸出相位，6倍頻器，電源休眠和輸入方式，其余各位構(gòu)成32伴頻率控制字，串行輸入以一個(gè)40位的串行數(shù)據(jù)流經(jīng)過一個(gè)并行輸入總線輸入。AD9851運(yùn)用了先進(jìn)的CMOS技術(shù)，提供了在5V電源供電，以最大時(shí)鐘速度為180MHz只有555mW的功能。工作溫度范圍-40+85。AD9851的主要特性有：（1）允許最高輸入時(shí)鐘180MHz，同時(shí)提供可選擇的片內(nèi)6倍頻乘法器。（2）內(nèi)置高性能的10b數(shù)模轉(zhuǎn)換器。（

21、3）內(nèi)含一個(gè)高速比較器。（4）具有簡單的控制接口，允許串/并行異步輸入控制字。（5）采用32b頻率控制字。（6）內(nèi)部使用5b相位調(diào)制字。（7）工作電壓2.75.25V。（8）可以工作在掉電方式。（9）采用極小的28腳貼片式封裝。其引腳功能如圖2.1.2所示。圖2.1.2D0D7：8位數(shù)據(jù)輸入口，可給內(nèi)部寄存器裝入40位控制數(shù)據(jù)。PGND：6倍參考時(shí)鐘倍乘器地。PVCC：6倍參考時(shí)鐘倍乘器電源。W-CLK：字裝入信號，上升沿有效。FQ-UD：頻率更新控制信號，時(shí)鐘上升沿確認(rèn)輸入數(shù)據(jù)有效。FREFCLOCK：外部參考時(shí)鐘輸入。CMOS/TTL脈沖序列可直接或間接地加到6倍參考時(shí)鐘倍乘器上。在直接方

22、式中，輸入頻率即是系統(tǒng)時(shí)鐘；在6倍參考時(shí)鐘倍乘器方式，系統(tǒng)時(shí)鐘為倍乘器輸出。AGND：模擬地。 AVDD：模擬電源(+5)。DGND：數(shù)字地。DVDD：數(shù)字電源(+5)。RSET、DAC：外部復(fù)位連接端。 VOUTN：內(nèi)部比較器負(fù)向輸出端。VOUTP：內(nèi)部比較器正向輸出端。VINN：內(nèi)部比較器的負(fù)向輸入端。VINP：內(nèi)部比較器的正向輸入端。DACBP：DAC旁路連接端。IOUTB：“互補(bǔ)”DAC輸出。 IOUT：內(nèi)部DAC輸出端。RESET：復(fù)位端。低電平清除DDS累加器和相位延遲器為0Hz和0 相位，同時(shí)置數(shù)據(jù)輸入為串行模式以及禁止6倍參考時(shí)鐘倍乘器工作。表2.1.1 控制字特性表Symbo

23、lDefinitionMintDSData Setup Time3.5nstDHData Hold Time3.5nstWHW_CLK High3.5nstWLW_CLK Low3.5nstCDREFCLK Delay after FQ_UD3.5nstFHFQ_UD High7.0nstFLFQ_UD Low7.0nstFDFQ_UD High Delay after W_CLK7.0nstCFOutput Latency from FQ_UDFrequency Change18 SYSCLK CyclesPhase Chage13 SYSCLK Cycles圖2.1.3 AD9851讀寫時(shí)

24、序R2R1R3R4R5R7R8R6R8R10R11C3C1C2C2C10C7C9C8C12C13C11C4C5C6CT1CT2L1L2L3L4L5L6L7L81N+VCCOUT2.2 高頻功率放大器電路的設(shè)計(jì)圖2.2.1 高頻功率放大器電路的設(shè)計(jì)2.3 1KH調(diào)制信號的產(chǎn)生電路8038為函數(shù)信號發(fā)生器，可同時(shí)產(chǎn)生正弦波、三角波、矩形波形，如下電路W3可以得到滿意的正弦波。調(diào)節(jié)W7可以改變輸出正弦波的幅值。10K711W710K-12VVOA110K5610K410kW5100KRB10KW310KRA10K6 4 5 98 8038 37 10 11 12 1 2W6100K0.22uFCj2

25、10k+12V100K圖2.3.1 1KHZ信號產(chǎn)生電路如下電路通過改變AT89S52的控制字，可以實(shí)現(xiàn)編程控制1kHz調(diào)制信號的輸出幅值，從而實(shí)現(xiàn)頻率偏移量的步進(jìn)調(diào)節(jié)。 1KHZ正弦信號D0D1 D2AT89S52 D3D4D5D6D7D0D1 VREF D2D3 DA0832D4 RfD5 IOUT1D6 IOUT2D7 1KHZ調(diào)制信號輸出 圖2.3.2 變幅IKHZ正弦調(diào)制信號產(chǎn)生電路2.4 AM調(diào)幅電路的設(shè)計(jì)如下電路F1496的輸出為雙邊帶信號，將這一輸出信號送到運(yùn)算加法器構(gòu)成的加法器，與載波信號相加，就可以得到需要的已調(diào)AM信號。 UC 1N UAM 1N +12V C2 2 1

26、4 3 6 5 12 F1496 14 8 10 C1 C3 C5 C6 C4 C7 4.7n 4.7n R3 R5 R6 R11 R10 R8 R9 R7 R4 R2 R1OUT GND A GND +12V 1KHZ調(diào)制信號輸出OUT UC 1N調(diào)幅信號(t)t圖2.4.1 1496構(gòu)成的調(diào)幅電路2.5 FM調(diào)頻電路的設(shè)計(jì)AD9851經(jīng)編程后得到的調(diào)頻信號輸出，電路框圖如下。(t)t調(diào)頻信號ICL8038調(diào)制 發(fā)生器LM398采樣保持器AD574信號采集AT89S52MCU7219顯示控制器LEDLC濾頻器DDS芯片AD9851圖2.5.1 電路框圖2.6 濾波器電路的設(shè)計(jì) 為了使輸出的頻

27、率不受外界和一些雜波的干擾，所以選用了9階的型LC低通濾波器，其動(dòng)態(tài)范圍寬達(dá)035MHZ,增益高，35MHZ時(shí)衰減2.4DB，采用RFSim99對LPF進(jìn)行仿真圖如圖2.6.2。輸入、輸出阻抗為50。圖2.6.1 級聯(lián)LC濾波電路表2.6.1 濾波設(shè)計(jì)參數(shù)表諧振頻率f(MHz)1.52.53.54.55.56.57.58.59.5電容（PF）51171842940568380272220160130電感（uH）2.22.22.22.22.22.22.22.22.2圖2.6.2 濾波仿真圖3 軟件設(shè)計(jì)軟件設(shè)計(jì)的關(guān)鍵是對AD公司DDS系列集成芯片AD9851的頻率控制以及AD與DA的控制。軟件實(shí)現(xiàn)

28、的功能是：調(diào)頻步進(jìn)，輸出頻率測量輸出頻率并顯示控制DAC0832的工作控制AD574的工作是開始DDS初始化是否有按鍵輸出默認(rèn)DDS控制字鍵盤掃描功 能 鍵 判 定量程選擇步進(jìn)量程選擇10KHZ歐歐、步進(jìn)量程選擇100HZ遞增鍵遞鍵鍵幅位鍵功 能1功 能2功 能 3功 能 4功 能 5功 能6 處理輸出否3.1 信號發(fā)生器程序流程圖 圖3.1.1 信號發(fā)生器程序流程圖3.2 AD9851調(diào)幅輸出控制的程序流程圖開始鍵盤掃描有按鍵否查表讀取調(diào)制控制字符輸出控制字到DA0832結(jié)束否是圖3.2.1 AD9851調(diào)幅輸出控制的程序流程圖3.3 AD9851調(diào)頻輸出控制的程序流程圖 是否開始初始化啟動(dòng)

29、AD采集結(jié)束轉(zhuǎn)換結(jié)束中斷中斷結(jié)束中斷處理否是圖3.3.1 AD9851調(diào)頻輸出控制的程序流程圖3.4 中斷處理程序流程圖中斷中斷入棧讀AD采樣數(shù)據(jù)計(jì)算頻偏計(jì)算頻偏的DDS控制字送控制字DDS處理傳輸返回 圖3.4.1 中斷處理程序流程圖4 誤差分析由于DDS的工作原理是基于數(shù)字取樣及數(shù)?；謴?fù)的處理，所以輸出的模擬信號中必然會有雜散噪聲，其來源主要有以下幾方面的因素：1相位誤差（1）相位舍位引起的誤差。在DDS中，由于累加器的位數(shù)N大于RAM的尋址位數(shù)W，使得累加器的輸出導(dǎo)址RAM時(shí)，其N-W個(gè)低位就必須舍去，因此會不可避免地產(chǎn)生相位截?cái)嗾`差。該誤差是DDS輸出散盡可能的主要原因。在設(shè)計(jì)中，我們

30、使步進(jìn)為10Hz，取N=23，W=8，即尋址256個(gè)字節(jié)，其總的信噪比為所產(chǎn)的誤差是為可以允許的。（2）相位量化誤差。由于我們的波形是通過一系列有限的離散采樣點(diǎn)表示的，這就不可避免地引入了相位量化誤差，增加采樣點(diǎn)數(shù)可以減少這種誤差。2幅值量化誤差 由于RAM中存儲的數(shù)據(jù)字長和D/A位數(shù)有限，所以D/A進(jìn)行幅值量化時(shí)會產(chǎn)生幅值量化誤差。增加數(shù)據(jù)字長和位數(shù)將可以減少這種誤差。3由于D/A變換器的非理想特性引起的誤差DAC的非理想特性包括：差分、積分的非線性，D/A轉(zhuǎn)換過程中的尖峰電流，轉(zhuǎn)換速率受限（我們采用高速DAC08，上限工作頻率為10MHz）等。4電源噪聲 這種隨機(jī)噪聲也會對我們的輸出波形產(chǎn)

31、生一定的影響，使輸出紋波增大。為減弱這種噪聲，一方面，我們可以選擇紋波小的電源；另一方面，可以通過電源退耦以減小其影響。5運(yùn)放帶來的誤差 由于集成運(yùn)放自身存在的輸入失調(diào)電壓和輸入失調(diào)電流的影響，以及運(yùn)放自身存在的輸入失調(diào)電壓和輸入失調(diào)電流的影響，以及運(yùn)放本身增益帶寬積與上升速率的影響，在輸入頻率較高時(shí)，不可避免地帶來相位失真。盡管上述誤差是不可避免的，但是通過適當(dāng)?shù)倪x取k、fc、N和W值，紋波較小的電源，合適的D/A變換器，并通過多級低通濾波器來平滑臺階，最后所得到的波形完全可以滿足題目的要求。我們對該設(shè)計(jì)方案進(jìn)行了嚴(yán)格的測試，其結(jié)果是：輸出正弦波不失真頻率范圍完全達(dá)到并超過基本要求5 系統(tǒng)測

32、試5.1 測試使用的儀器測試使用的儀器設(shè)備如表5.1.1所示。表5.1.1 測試使用的儀器設(shè)備序號名稱、型號、規(guī)格數(shù)量備注1QGB-3B高頻毫伏表1上海無線電儀器廠2BT3C-A型-VHF頻率特性測試儀1南京無線電儀器廠3愛使牌AS1051S高頻信號發(fā)生器1上海愛使電子儀器廠4SP3165A型系列等精度頻率計(jì)數(shù)器1南京盛普電子實(shí)業(yè)有限公司5YB4363雙蹤示波器1江蘇揚(yáng)中電子儀器廠6DF4121A自動(dòng)失真儀1寧波中策電子有限公司7UNI-T數(shù)字萬用表1勝利公司5.2 指標(biāo)測試和測試結(jié)果5.2.1 輸出頻率范圍和穩(wěn)定度的測試采用南京盛普電子實(shí)業(yè)有限公司的SP-1500A型系列等精度頻率計(jì)數(shù)器來測

33、量頻率穩(wěn)定度。設(shè)定標(biāo)稱頻率為5MHz，以30s為單位測量不同時(shí)間的頻率值并記錄。同時(shí)測量最小和最大的輸出頻率，看該頻率能穩(wěn)定在哪個(gè)范圍之內(nèi)。表5.2.1為記錄表格。頻率穩(wěn)定度的計(jì)算公式如下。 式中A為頻率穩(wěn)定度，為實(shí)測頻率，為標(biāo)稱頻率。表5.2.1 輸出頻率范圍及穩(wěn)定度記錄表標(biāo)稱值（MHz）實(shí)測頻率（MHz）平均值穩(wěn)定度00s30s60s90s120s150s中心頻率66.000016.000016.000026.000016.000016.000016.0000110-5最小頻率11.000011.000011.000011.000021.000011.000021.0000110-5最大頻

34、率1010.0000110.0000110.0000110.0000110.0000110.0000110.0000110-55.2.2 輸出頻率范圍和穩(wěn)定度的測試用示波器來測量正弦波頻率，以1M為步進(jìn)變化時(shí)的輸出電壓峰峰值、并計(jì)算其精度。見下表5.2.2。表5.2.2 輸出頻率穩(wěn)定度記錄表振蕩頻率（MHz）12345678910平均值Vp-p(V)6.06.16.056.086.16.06.16.16.16.16.096 結(jié)束語DDS正弦信號發(fā)生器可以實(shí)現(xiàn)以下功能：（1）正弦波輸出頻率范圍：1kHz15MHz。（2）具有頻率設(shè)置功能，頻率步進(jìn)100Hz或其它任意值；（3）輸出信號頻率穩(wěn)定度：優(yōu)于10-4；（4）