基于DDS技術(shù)的高頻正弦波發(fā)生器的設(shè)計(jì)
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正弦信號應(yīng)用極為廣泛，通常作為標(biāo)準(zhǔn)信號，用于電子學(xué)性能實(shí)驗(yàn)及參數(shù)測量，故要求正弦波信號發(fā)生器輸出波形具有較高的精度、穩(wěn)定度及低失真度。產(chǎn)生正弦信號的方法很多，可以采用函數(shù)發(fā)生器 MAX038或 ICL8038集成芯片外接分立元件來實(shí)現(xiàn)，通過調(diào)節(jié)外接電容或電阻來設(shè)置輸出信號頻率。但輸出信號受外部分立器件參數(shù)影響很大，且輸出信號頻率不能太高，同時無法實(shí)現(xiàn)頻率步進(jìn)調(diào)節(jié)。另外，采用FPGA+D/A可實(shí)現(xiàn)正弦信號發(fā)生器的設(shè)計(jì)，同時可實(shí)現(xiàn)頻率步進(jìn)調(diào)節(jié)，但當(dāng)輸出高頻信號時，需要高速D/A來配合工作。
本文采用直接數(shù)字合成（DDS）技術(shù)，采用專用集成芯片 AD9834作為正弦波產(chǎn)生模塊，由 C8051F020作為控制器來完成整個系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示：輸出信號頻率在 1 KHz 至15 MHz，且無明顯失真，輸出信號頻率實(shí)現(xiàn) 100Hz、1KHz、10KHz三級步進(jìn)調(diào)節(jié)；在 50歐姆電阻負(fù)載情況下，輸出電壓峰峰值在 2.35V至 10.45V之間；同時可實(shí)現(xiàn)模擬調(diào)幅信號（AM）、模擬調(diào)頻信號（ FM）、二進(jìn)制幅移鍵控信號（ ASK）、二進(jìn)制頻移鍵控信號（ FSK）及二進(jìn)制相移鍵控信號（PSK）的輸出； AM信號的調(diào)制度以 10%步進(jìn)調(diào)節(jié)； FM信號最大頻偏為 5KHz/10KHz可選。
2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)
系統(tǒng)總體框圖如圖 1所示。系統(tǒng)選取集成混合信號 C8051F020單片機(jī)作為主控制器，通過鍵盤與顯示控制芯片 7279來接收功能選擇、參數(shù)設(shè)置等信息，并將輸出信號頻率等信息實(shí)時送往數(shù)碼管顯示。同時，控制器將讀取的按鍵信息轉(zhuǎn)換成控制命令通過串行接口送給 AD9834，由 AD9834產(chǎn)生正弦信號、 ASK、PSK、FSK及 FM信號。而 AM信號的產(chǎn)生則由輸出的正弦信號與 1KHz的帶偏置正弦信號相乘來實(shí)現(xiàn)，通過調(diào)節(jié)直流分量來調(diào)節(jié) AM信號調(diào)制度。
2.1 正弦信號發(fā)生模塊
直接數(shù)字合成（DDS）技術(shù)具有輸出信號精度高、變頻速度快、輸出信號連續(xù)、控制方便及性價比高等諸多優(yōu)點(diǎn)，因而適用于高頻、高精度正弦信號發(fā)生器的設(shè)計(jì)。本系統(tǒng)選取AD9834，其工作原理示意圖如圖 2所示。它由頻率字寄存器、相位字寄存器、相位累加器、加法器、正弦 ROM表及DAC組成。在控制時鐘信號作用下，累加器將與輸出信號頻率對應(yīng)的頻率字進(jìn)行累加，然后與相位字相加以形成最終相位信息。正弦 ROM表則將相位信息轉(zhuǎn)化為幅值信息，然后由 DAC生成正弦信號 。
輸出信號頻率精度主要由基準(zhǔn)頻率精度決定。為增大 AD9834輸出信號幅值，采用高頻運(yùn)放 AD811進(jìn)行信號放大。但考慮到輸出信號幅值隨頻率增大而減小的不足，系統(tǒng)采用數(shù)控電位計(jì) X9C102來實(shí)現(xiàn)可變增益放大，即依據(jù)輸出信號頻率的不同來改變數(shù)控電位計(jì)的值，以改變增益[8]?？勺冊鲆娣糯笃髟硎疽鈭D如圖 3所示。
圖中：R1為數(shù)控電位計(jì) X9C102的等效電阻值。
2.2 PSK、FSK、ASK信號的產(chǎn)生
AD9834有兩個相位字寄存器 PHASE0、PHASE1，可通過片外引腳 PSELECT或片內(nèi)控制寄存器相關(guān)位來選擇 PHASE0或 PHASE1中的值作為輸出信號的初始相位字。據(jù)此，向 PHASE0和 PHASE1分別寫入 0和 π所對應(yīng)的數(shù)值（ 000H和 800H），由控制器 C8051F020產(chǎn)生 10kbps的二進(jìn)制基帶序列接到端口 PSELECT上，輸出端便可得到二進(jìn)制 PSK信號。
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