基于DDS的高精度函數(shù)信號發(fā)生器的研制

摘要：基于直接數(shù)字頻率合成技術(shù)(DDS)，采用單片機實現(xiàn)對DDS芯片AD9852的控制，提出一種高精度函數(shù)信號發(fā)生器的實現(xiàn)方案。重點介紹了單片機與AD9852的硬件接口電路、整個系統(tǒng)的軟件設(shè)計以及單片機中對48 b頻率控制字的處理方法。此方法在單片機程序設(shè)計中處理多于32 b的整型數(shù)據(jù)時具有借鑒意義。此系統(tǒng)具有高頻率、高精度的主要特
點，且控制靈活方便，具有廣闊的應(yīng)用前景。
關(guān)鍵詞：DDS；AD9852；頻率控制字；信號發(fā)生器

直接數(shù)字頻率合成技術(shù)(Direct Digital Frequency Synthesis，DDS)是從相位概念出發(fā)直接合成所需波形的一種新的頻率合成技術(shù)。DDS技術(shù)具有相對帶寬寬、頻率轉(zhuǎn)換時間短、頻率分辨率高等優(yōu)點，廣泛用于高精度頻率合成和任意信號發(fā)生。本文采用單片機控制DDS芯片，設(shè)計實現(xiàn)了一種高精度多波形的信號源。

1 DDS原理
DDS的基本結(jié)構(gòu)包括：相位累加器、正弦查詢表、數(shù)模轉(zhuǎn)換器(DAC)及低通濾波器等。DDS原理如圖1所示。

圖1中信號輸出頻率和參考時鐘頻率的關(guān)系表達(dá)式為：

其中：fo為輸出頻率，fosc為參考時鐘頻率，F(xiàn)TW為頻率控制字，N為頻率控制字的位數(shù)。由于N是一個固定值，那么只要改變FTW的大小就能得到所需要的頻率值，而且頻率的分辨率由N值決定，當(dāng)N值越大則分辨率越高。由Nyquist取樣定理可知，要恢復(fù)理想波形，在理想低通濾波器的條件下，輸出頻率必須小于時鐘參考頻率的用50％，即fo1／2fosc，若超過這個范圍，則一階鏡像頻率就會落在Nyquist帶寬內(nèi)。而實際的LPF都有一個過渡帶的問題，所以為了更好地去除一階鏡像帶來的雜散，一般將DDS的輸出頻率限制在O．4fosc內(nèi)?？梢姰?dāng)AD9852參考時鐘頻率為300 MHz時，完全可以滿足輸出頻率為50 MHz的設(shè)計要求。

2 系統(tǒng)設(shè)計
2．1 硬件設(shè)計
系統(tǒng)設(shè)計原理如圖2所示。該設(shè)計選用單片機AT89C55作為控制核心，其與DDS芯片AD9852之間采用并口通信方式。單片機P1口作為LCD液晶顯示的數(shù)據(jù)總線，P0口用于AD9852地址總線和并口傳輸?shù)臄?shù)據(jù)總線，使用鎖存器74ALS573實現(xiàn)P0口復(fù)用，74ALS573鎖存輸出的六位數(shù)值為AD9852內(nèi)部寄存器的地址。P2和P3口作為控制口用于鍵盤芯片HD7279和AD9852的控制。

由于AD9852使用CMOS工藝，供電電壓是3．3V，而單片機使用的是TLL電平，所以要在TLL電路與CMOS電路之間進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換。該系統(tǒng)選擇了74LVTl6245作為5 V邏輯電平到3．3V邏輯電平的轉(zhuǎn)換器件。所需要輸出的頻率可通過按鍵設(shè)定得到，進(jìn)行的操作同時在液晶上進(jìn)行顯示。AD9852內(nèi)部系統(tǒng)時鐘頻率由外部有源晶振倍頻得到。
由于AD9852的內(nèi)部沒有低通濾波器，因此經(jīng)過內(nèi)部余弦DAC輸出的掃頻信號不可避免地含有高頻噪聲，所以信號輸出端口需外接低通濾波器抑制高頻干擾。該設(shè)計采用七階橢園函數(shù)濾波器。七階橢圓濾波器電路圖如圖3所示。

2．2 軟件設(shè)計