基于SLH89F5162的信號發(fā)生器設(shè)計(jì)

一、項(xiàng)目設(shè)計(jì)背景及概述

1.1 技術(shù)背景

信號發(fā)生器是最重要的測量儀器之一，隨著測試對象的多樣化和數(shù)字技術(shù)的進(jìn)步，信號發(fā)生器獲得了廣泛的應(yīng)用和快速的發(fā)展。正弦信號發(fā)生器作為電子技術(shù)領(lǐng)域中最基本的電子儀器，廣泛應(yīng)用于航空航天測控、通信系統(tǒng)、電子對抗、電子測量、科研等各個(gè)領(lǐng)域中。它能滿足測試系統(tǒng)的多種要求，成為了系統(tǒng)綜合測試中不可缺少的組成部分。

信號發(fā)生的主要實(shí)現(xiàn)方法根據(jù)實(shí)現(xiàn)思路可以分為模擬式和數(shù)字式，根據(jù)實(shí)現(xiàn)方法可以分為直接法、鎖相法、直接數(shù)字法和混合法四種。

直接法是優(yōu)點(diǎn)是速度快，相位噪聲底，但結(jié)構(gòu)復(fù)雜、雜散多。鎖相法所采用的鎖相頻率合成技術(shù)在近年發(fā)展較快，應(yīng)用也較廣泛，但其頻率轉(zhuǎn)換速度不快，電路控制復(fù)雜，這使得該技術(shù)的應(yīng)用受到了一定的限制。直接數(shù)字法是采用直接數(shù)字合成(DDS)的方法實(shí)現(xiàn)信號產(chǎn)生。該技術(shù)具有頻率轉(zhuǎn)換速度快、頻率分辨率高、易于控制的突出特點(diǎn)。在信號發(fā)生的幾種技術(shù)當(dāng)中，直接數(shù)字合成技術(shù)出現(xiàn)得最晚，但近年來發(fā)展得最快。隨著大規(guī)模集成技術(shù)和數(shù)?；旌闲盘柤杉夹g(shù)的發(fā)展，單片集成的DDS芯片紛紛出現(xiàn)，在應(yīng)用領(lǐng)域內(nèi)大有后來居上的勢頭?；旌戏▌t是指采用以上方法中的兩種及兩種以上的方法實(shí)現(xiàn)信號發(fā)生。

隨著現(xiàn)代信息事業(yè)的發(fā)展，測試對象不斷豐富，現(xiàn)代通信系統(tǒng)和電子系統(tǒng)對測試系統(tǒng)提出了越來越高的要求，進(jìn)而對信號發(fā)生器也提出了更高的要求。我們將當(dāng)前業(yè)內(nèi)對信號發(fā)生部件的要求大致歸納為以下四點(diǎn)：

(1)高頻譜純度、寬頻帶。

隨著技術(shù)的發(fā)展，被測試對象性能指標(biāo)的提高必然要求測試系統(tǒng)性能相應(yīng)提高。

(2 ) 快速和多點(diǎn)頻率捷變。

為適應(yīng)電子戰(zhàn)的需要，新一代雷達(dá)要求能實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)頻率捷變，捷變時(shí)間應(yīng)達(dá)到us量級，電子對抗要求0. lus量級。通信則要求頻率點(diǎn)非常多。相應(yīng)測試系統(tǒng)中的信號發(fā)生部件也應(yīng)能實(shí)現(xiàn)這些指標(biāo)。

(3 )系列化、模塊化。

電子系統(tǒng)門類繁多，體制各異，其測試系統(tǒng)及測試系統(tǒng)信號發(fā)生部件的也應(yīng)多樣化。這將借助于信號發(fā)生部件的系列化來實(shí)現(xiàn)。同時(shí)，為方便測試系統(tǒng)的組建，模塊化也是信號發(fā)生部件必須具備的特點(diǎn)。

(4 )小型化和工程化。

隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，測試科學(xué)與技術(shù)學(xué)科發(fā)生了很大的變化。20世紀(jì)90年代以來，在儀器中引入計(jì)算更為復(fù)雜的人工智能實(shí)現(xiàn)智能化測量己經(jīng)成為一個(gè)重要的發(fā)展趨勢。儀器儀表學(xué)科的發(fā)展趨勢正是在測試系統(tǒng)的各個(gè)環(huán)節(jié)更多、更好地利用數(shù)字信號處理技術(shù)，使儀器能夠在測量過程中取代(或部分取代)測試人員進(jìn)行復(fù)雜而精確的操作，以獲得傳統(tǒng)方法難以獲得的測量結(jié)果。

由于數(shù)字信號在信號的處理，存貯及傳輸?shù)确矫娴蕉季哂歇?dú)特的優(yōu)點(diǎn)，因此現(xiàn)代電子測量系統(tǒng)大都采用數(shù)字信號處理方法對測試的各環(huán)節(jié)優(yōu)化，對信號進(jìn)行計(jì)算和處理，實(shí)現(xiàn)測試系統(tǒng)性能的提高。數(shù)字信號引入測量系統(tǒng)從根本上提高了測量技術(shù)水平，開始了測量技術(shù)的新發(fā)展。同樣，測試激勵(lì)信號的產(chǎn)生中也大量使用了數(shù)字技術(shù)，改善了激勵(lì)信號的性能，提高了測試水平。

在信號發(fā)生中使用數(shù)字處理技術(shù)，基本思路是基于離散數(shù)字序列重建連續(xù)模擬信號，基本理論是耐奎斯特采樣定理;數(shù)字處理技術(shù)則主要集中于離散數(shù)字序列的產(chǎn)生環(huán)節(jié)。離散數(shù)字序列的產(chǎn)生通?？梢詺w納為兩種方法，一種是基于波形的方法，即對采樣、仿真產(chǎn)生的原始數(shù)據(jù)進(jìn)行內(nèi)插、抽取等操作產(chǎn)生需要的離散數(shù)字序列;另一種方法為基于特征的方法，即根據(jù)信號特征(如：頻率成分、各分量幅值及相對相位等)產(chǎn)生離散數(shù)字序列。數(shù)字處理技術(shù)是這兩種方法中的核心技術(shù)。由于數(shù)字處理技術(shù)的引入，數(shù)字化信號發(fā)生硬件基本上縮減為計(jì)算機(jī)、D/A 變換器和低通濾波器及模擬通道。計(jì)算機(jī)進(jìn)行數(shù)字處理，得出離散數(shù)字序列，由D/A變換器變換為模擬信號最后由低通濾波器濾波，經(jīng)模擬通道產(chǎn)生出所要求的連續(xù)模擬信號

1.2 正弦信號發(fā)生器發(fā)展現(xiàn)狀

隨著電子信息技術(shù)的發(fā)展，對其性能的要求也越來越高，如要求頻率穩(wěn)定性高、轉(zhuǎn)換速度快，具有調(diào)幅、調(diào)頻、調(diào)相等功能。

信號源作為一種基本電子設(shè)備無論是在教學(xué)、科研還是在部隊(duì)技術(shù)保障中，都有著廣泛的使用。信號源作為一種通用電子測試儀器是我軍進(jìn)行高科技戰(zhàn)爭不可缺少的一種測試儀器。因此，從理論到工程對信號的發(fā)生進(jìn)行深入研究，不論是從教學(xué)科研角度，還是從部隊(duì)技術(shù)保障服務(wù)角度出發(fā)都有著積極的意義。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和測量技術(shù)的進(jìn)步，對信號源的要求越來越高，普通的信號發(fā)生器已無法滿足目前日益發(fā)展的數(shù)字技術(shù)領(lǐng)域科研和教學(xué)的需要。DDS技術(shù)是一種新興的頻率合成技術(shù)，他具有頻率分辨率極高、頻率切換速度快、切換相位連續(xù)、輸出信號相位噪聲低、可編程、全數(shù)字化易于集成、體積小、重量輕等優(yōu)點(diǎn)

根據(jù)DDS的特點(diǎn)將其應(yīng)用于信號源中可以大大提高信號源的分辨率，而且可以有效的降低成本、縮小體積。

波形發(fā)生器是電子系統(tǒng)的心臟，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)代雷達(dá)系統(tǒng)和電子對抗系統(tǒng)對信號源的要求越來越高，提高信號源性能已經(jīng)成為國內(nèi)和國外工程師的主要方向。DDS是一種全新的頻率合成技術(shù)，DDS的出現(xiàn)給信號源的研究開創(chuàng)了一個(gè)新的紀(jì)元，現(xiàn)在這種頻率合成已在電子領(lǐng)域得到越來越多的應(yīng)用。本文在研究DDS基本原理的基礎(chǔ)上，完成了波形器的電路設(shè)計(jì)和編程。用這種方法設(shè)計(jì)的波形發(fā)生器結(jié)構(gòu)簡單，造價(jià)成本低，而且信號源輸出信號的分辨率提高。

二、項(xiàng)目設(shè)計(jì)原理

1、 原理概述

專用DDS芯片集成度高、穩(wěn)定性好且功能完善強(qiáng)大，深受廣大電子系統(tǒng)開發(fā)工作者的喜愛與認(rèn)可，直接用此芯片與單片機(jī)配合完成設(shè)計(jì)可以大幅減小設(shè)計(jì)難度、縮短開發(fā)周期。

AD公司研發(fā)了一系列高性能DDS專用芯片，如AD9850(最高工作時(shí)鐘125MHz，32位頻率控制字，8位并行口或串行口直接裝載頻率和相位調(diào)制據(jù))。

對本系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求而言，選用AD9834最為恰當(dāng)。圖2.1為9834功能框圖。

主要原因有以下幾點(diǎn)：

a.AD9834是由28位相位累加器、正弦只讀存儲器(SIN ROM)和一個(gè)10位D/A構(gòu)成的數(shù)字控制式振蕩器。具有低抖動(dòng)的時(shí)鐘輸出和正弦波輸出/三角波輸出，控制字采用串行裝載方式，窄帶SFDR》72dB 。