基于單片機(jī)系統(tǒng)的dds多波形發(fā)生器的設(shè)計(jì)

1、《自動(dòng)化技術(shù)與應(yīng)用2011年第30卷第8期儀器儀表與檢測(cè)技術(shù)InstrumentationandMeasurment基于單片機(jī)的DDS多波形發(fā)生器的設(shè)計(jì)劉玉利(哈爾濱學(xué)院，黑龍江哈爾濱150036)摘要：本文采用直接數(shù)字式頻率合成技術(shù)DDS，以AD9852、AD9833芯片為核心，由單片機(jī)控制，設(shè)計(jì)了一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單性能優(yōu)良的波形發(fā)生器可輸出正、余弦波，方波、三角波等。該波形發(fā)生器具有頻率分辨率高，頻率切換快，頻帶寬及全數(shù)字化易于集成等諸多

2、優(yōu)點(diǎn)，應(yīng)用范圍十分廣泛。關(guān)鍵詞：波形發(fā)生器；DDS；頻率合成；控制字中圖分類號(hào)：TP3681文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B文章編號(hào)：1003—724l(2011)08005605DesignofDDSMultiWaveformGeneratorBasedonMCULIUY_u1i(HarbinUniversity，Harbin150036China)Abstract：Basedondirectdigitalfrequencysynthesis(DDS)

3、，theAD9852&AD9833chipsasthecore，theMCUcontrol，akindofwaveformgenerator，withasimplestructureandexcellentperformance，thatcanoutputsineandcosinewave，squarewave，trianglewave，isdesignedThisfunctiongeneratorhasawiderangeofappl

4、ications，becauseithascharacteristicbymanyvirtues，forinstance，ahigherfrequencyresolution，fasterfrequency—switching，widefrequencybandwidthandeasyintegrationofdigitaltechnologyKeywords：waveformgenerator；directdigitalsynthes

5、isfrequencysynthesis；controlword1引言波形發(fā)生器是生產(chǎn)科研與教學(xué)中實(shí)驗(yàn)仿真的最佳工具。隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)和科技的發(fā)展，對(duì)各種測(cè)試儀器和測(cè)試手段也提出了更高的要求[11。傳統(tǒng)函數(shù)發(fā)生器通常采用模擬法：即由分立元件或集成芯片組成自激震蕩電路，產(chǎn)生原始波形，然后經(jīng)適當(dāng)?shù)牟ㄐ无D(zhuǎn)換電路(比較器，微、積分電路，各種觸發(fā)器等)將其轉(zhuǎn)換為其他所需波形。此種方法電路復(fù)雜，波形相關(guān)參數(shù)完全由硬件電路完成，若組成任意波形幾乎不可能實(shí)

6、現(xiàn)。頻率合成技術(shù)開(kāi)創(chuàng)了由軟件運(yùn)算合成頻率的先河，它經(jīng)歷了直接頻率合成、鎖相式頻率合成、直接數(shù)字頻率合成(DirectDigitalSynthesis簡(jiǎn)稱DDS)三階段的發(fā)展，如今DDS技術(shù)已十分成熟(l3】。DDS具備超高的分辨率，超快的切換速度全數(shù)字化易于擴(kuò)展和集成等諸多優(yōu)點(diǎn)[4I。收稿日期：2010—04—29碥ITattr~麓，0AInaI，丘^haI^2DDS的基本原理及波形分析在直接數(shù)字合成技術(shù)中近年來(lái)發(fā)展得最快，最成熟、應(yīng)用

7、最多的是基于相位累加器的數(shù)字頻率合成法【5】，該技術(shù)具有頻率分辨率高、轉(zhuǎn)換速度相對(duì)較快、易于控制等許多突出優(yōu)點(diǎn)，成為諸多學(xué)者競(jìng)相研究的主要課題，這里首先介紹DDS的基本原理和波形分析。21DDS的基本原理基于相位累加器的數(shù)字頻率合成技術(shù)原理框圖如圖1所示。圖1DDS原理框圖圖中K、P、W為控制字：分別控制頻率、相位和波形，fcLK為參考時(shí)鐘頻率、L表示ROM的地址位數(shù)、N表示相位累加器的字長(zhǎng)、D表示ROM的數(shù)據(jù)位數(shù)以《自動(dòng)化技術(shù)與應(yīng)用》

8、20l1年第30卷第8期儀器儀表與檢測(cè)技術(shù)lnstrumentationandMeasurment為提高速度，本系統(tǒng)AD9852采用并行接口方式(Pin70腳接高電平)，接口電路如圖3所示。其中SN74LⅣCHl6245是雙向輸入輸出的低壓16位CMOS收發(fā)器，用來(lái)協(xié)調(diào)33V和5V器件的信號(hào)傳輸。322頻率、相位及幅度控制為調(diào)節(jié)波形相關(guān)參數(shù)，AD9852采用硬件調(diào)節(jié)方法，即通過(guò)改變連接DACR引腳的電阻值以達(dá)到設(shè)定最大輸出幅度【6】。具

9、體調(diào)節(jié)方法是：根據(jù)公式Rs日=399／Io四調(diào)節(jié)RsET來(lái)改變IouT。為適應(yīng)工業(yè)儀表的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)(5～20)mA：通常情況下RT范圍是8K(對(duì)應(yīng)Iout=5mA)~1]20K(對(duì)應(yīng)20mA)。由于這種方法無(wú)法精確設(shè)定幅度值，故采用寫入幅度控制字的方法，因此在DACRs引腳連接39k的電阻接地(圖中已標(biāo)出)。323波形產(chǎn)生電路設(shè)計(jì)(i)正弦波、余弦波的產(chǎn)生在AD9852內(nèi)置的波形存儲(chǔ)器中固化了一個(gè)周期的正弦波幅度碼，所以該芯片可直接輸出正

10、弦波和余弦波(將正弦波相移即可輸出余弦波形)。厶(2)方波的產(chǎn)生由于AD9852內(nèi)置比較器，可使輸出的交流信號(hào)通過(guò)該比較器和參考電壓比較后，輸出方波。設(shè)計(jì)中在內(nèi)部DAC輸出和比較器之間加一個(gè)低通濾波器，其目的是濾除來(lái)自交流信號(hào)的映像頻率分量，濾波器的作用在于平滑AD9852內(nèi)部輸出的階梯波。經(jīng)平滑的階梯波接比較器的一個(gè)輸入端，最終輸出方波信號(hào)通過(guò)V0U端口輸出(如圖4所示)。圖4方波產(chǎn)生電路(3)三角波的產(chǎn)生圖5三角波產(chǎn)生電路三角波的產(chǎn)

11、生由AD9833完成，電路如圖5所示。該芯片由加法器和相位寄存器組成，其核心是28位的相位累加器，每來(lái)1個(gè)時(shí)鐘，相位寄存器以步長(zhǎng)增加，相位寄存器的輸出與相位控制字相加后輸入到查詢表(包含1個(gè)周期波形的數(shù)字幅度信息)地址中，而每個(gè)地址對(duì)應(yīng)波形中O一2er范圍內(nèi)的1個(gè)相位點(diǎn)。查詢表把輸入的地址相位信息映射成波形幅度的數(shù)字量信號(hào)，驅(qū)動(dòng)DAC輸出模擬量。輸出正弦波頻率為：ffour=M()(5)二其中，M為頻率控制字，由外部編程給定，其范圍為0