简易信号发生器设计

简易信号发生器设计山东大学信息学院08级集成汇报人：李平200800120068孔雪海200800180074季学超200800120068目录1引言2方案设计过程3硬件实现本文目录结构4调试引言直接数字式频率综合器DDS（DirectDigitalSynthesizer），实际上是一种分频器：通过编程频率控制字来分频系统时钟（SYSTEMCLOCK）以产生所需要的频率。DDS有两个突出的特点，一方面，DDS工作在数字域，一旦更新频率控制字，输出的频率就相应改变，其跳频速率高；另一方面，由于频率控制字的宽度宽（48bit或者更高），频率分辨率高。1引言DDS概述DDS的优点有：频率分辨率高，输出频点多，可达2的n次方个频点(N为相位累加器位数)；频率切换速度快，可达us量级；频率切换时相位连续；可以输出宽带正交信号；输出相位噪声低，对参考频率源的相位噪声有改善作用；可以产生任意波形；全数字化实现，便于集成，体积小，重量轻。信号源中采用DDS技术在当前的测试测量行业已经逐渐称为一种主流的做法。DDS原理简介：一块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（如Q2220）。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（芯片一般通过查表得到）。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。另外，有些DDS芯片还具有调幅、调频和调相等调制功能及片内D/A变换器（如AD7008）。ADI公司主要DDS芯片简介：AD985X系列DDS不仅是高性能的系列，也是ADI推出较早，认知度较高的系列。这个系列的最高输入时钟达到1GHz.而且系列内所有成员的输出无杂散动态范围都较高。这个系列的控制接口除AD9857以外均有串行和并行两种。这个系列除少数几个产品以外，都可以实现方波输出。。1引言985X系列1引言这个系列的另外一个特点是：除AD9850和AD9851外，都具有多种调相或调频的功能。AD9854为正交输出。而AD9856和AD9857均是在DDS内核基础上的数字正交上变频器，被广泛地应用于无线通信中。其中AD9853工作在QPSK或者是16-QAM调制方式下最高数据率为14Mbit/S；AD9856的最高输入速度为50Msamples/S，也就是25M对的I/Q数据；AD9857的最高输入速度为100Msamples/S，也就是50M对的I/Q数据。而AD9856和AD9857内置的SIN(x)/x补偿功能也为宽带调制应用带来很多方便。1引言AD9850AD9850/AD9851模块是采用ADI应用最广泛的DDS（AD9850和AD9851）制作的模块。主要功能特点：*模块能够输出正弦波和方波，2个正弦波和2个方波输出。AD9850：0-40MHzAD9851：0-70MHz频率在20-30MHz后谐波越来越大，波形会越来越不干净。*采用70MHz的低通滤波器，使波形的SN比更好*并口和串口数据输入可以通过一个跳帽选择*产生DA基准的管脚（PIN12）引出，方便做输出波形的幅度调节应用。*比较器的基准输入端电压由可变电阻产生，调节该电阻可以得到不同的占空比方波*AD9850模块采用125MHz的有源晶振，AD9851模块采用30MHZ的有源晶振9850的控制字(40位)5位1位2位32位相位控制电源休眠控制测试位频率控制频率控制计算：频率控制字=Fosc*2^32/(125*10^6)方案设计过程2方案设计过程2.12.2方案一分立器件方案方案二集成芯片方案VS2.1方案一用LC振荡器产生正弦波经倍频器倍频，然后经施密特触发器整形得到方波，调节施密特触发器参数可改变占空比然后积分电路产生不同形状的三角波2.2方案二用单片机和DDS芯片，编写相应的程序即可实现。采用52单片机控制，通过4*4键盘调节频率，并在数显上显示。比较器的基准输入端电压由可变电阻产生，调节该电阻可得到不同占空比的方波AD9850/AD9851模块能够输出正弦波和方波，是采用最广泛的DDS模块方案比较和选择方案一电路简单,用基本的LC震荡电路和积分放大电路即可实现,原件易购得,但是LC振荡器产生的波形不够理想，频率不够稳定，精度不够高,另外模拟电路易受温度等外界因素影响,调试频繁且周期长,单片机控制直接控制模拟电路也难以实现.方案二优点是采用数字电路,器件稳定性较高,输出精确可调,易于控制和实现,但是DDS芯片价格较高.综合两种方案的优缺点,采用方案二.硬件实现P0口接四位数码管的显示信号，P2口的高四位接四位数码管的选通信号，采用动态扫描显示，以节省端口。P1口接4*4键盘，用到12位，分别代表0到9是个数字和两个单位选择，有hz和Mhz两个单位可选，输入时，先选择单位，然后再输入四位数字，选择hz时，最大位为千，如输入hz，1,2,3,4，则理解为1234hz；选择Mhz时，最大位为10Mhz，如输入Mhz，1,2,3,4，则理解为12.34Mhz，P3口接AD9850的数据输入端，P2的低四位接AD9850的控制位。IOUT口接椭圆滤波器，用于正弦信号输出，VINP接电位器，由于内部比较器的基准电压，调整占空比。调试分析：频率与设定相差不大，但是幅度仅几十毫伏，查找原因，芯片几个电源口电压均明显低于5V，是供电电源负载能力不足所致调整供电电源后：方波：占空比可调：