直接数字频率合成的实现

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[摘要]以TI公司生产的处理器TMS320VC5402以及ADI公司生产的DDS芯片AD9835,设计完成了基于处理器TMS320VC5402的直接数字频率合成器,实现了0-250MHz正弦波产生。

[关键词]直接数字频率合成数字信号处理器AD9835芯片

1概述

七十年头展现了直接数字频率合成DDS(DirectDigitalFrequencySynthesis),它的展现标志着频率合成技术迈进了第三代。在国内,虽然对DDS的研究起步较晚,也还不具备生产DDS的才能,但是DDS在电台、数据通讯、雷达、航天航空领域的应用还是屡见报道。现代通信与电子系统的进展,对频率合成技术在多天性能方面提出了更高的要求,也使得频率合成技术朝着集成化、程控化、数字化、小型化、频率范围的宽带化、频率间隔的微细化、频率转化的高速化这样一个方向进展。这也必将使得频率合成技术在信号合成、仪器仪表、现代通信、软件无线电等领域得到更加广泛的应用。

2直接数字频率合成(DDS)技术

直接数字频率合成器(DirectDigitalSynthesizer)是从相位启程直接合成所需波形的一种频率合成技术。一个数字频率合成器由相位累加器、加法器、波形存储ROM、D/A转换器和低通滤波器(LPF)构成。DDS的原理框图如1所示:

图1DDS的原理框图

其中K为频率操纵字、P为相位操纵字、fc为参考时钟频率、N为相位累加器的字长、D为ROM数据位及D/A转换器的字长。

对每一个时钟脉冲fc,N位加法器将频率操纵数据K与累加寄放器输出的累加相位数据相加,把相加后的结果送至累加寄放器的输入端。累加寄放器一方面将上一时钟周期作用后所产生的新的相位数据反应到加法器的输入端,以使加法器在下一时钟的作用下持续与频率操纵数据K相加;另一方面将这个输出的N位二进制码与相位操纵字P,波形操纵字W相加后作为取样地址值送入幅度/相位转换电路(即图1中的波形存储器ROM),幅度/相位转换电路根据这个地址值输出相应的波形数据。结果经数/模转换和低通滤波器将波形数据转换成所需要的模拟波形。

在DDS的波形存储器中存入正弦波形及方波、三角波、锯齿波等大量非正弦波形数据,然后通过手控或用计算机编程对这些数据举行操纵,就可以任意变更输出信号的波形。利用DDS具有的快速频率转换、连续相位变换、精确的细调步进的特点,将其与简朴电路相结合就构成精确模拟仿真各种信号的的最正确方式和手段。这是其它频率合成方法不能与之相比的。例如它可以模拟各种各样的神经脉冲之类的波形,重现由数字存储示波器(DSO)捕获的波形。

DDS也是一种梦想的调制器,由于合成信号的三个参量:频率、相位和幅度均可由数字信号精确操纵,因此DDS可以通过预置相位累加器的初始值来精确地操纵合成信号的相位,从而达成调制的目的。现代通信技术中调制方式越来越多,BPSK,QPSK,MSK都需要对载波举行精确的相位操纵。而DDS的合成信号的相位精度由相位累加器的位数抉择。一个32位的相位累加器可产生43亿个离散的相位电平,而相位精度可操纵在8×10-3度的范围内,因此,在转换频率时,只要通过预置相位累加器的初始值,即可精确地操纵合成信号的相位,很轻易实现各种数字调制方式。

DDS能有效地实现频率精调,它可以在大量锁相环(PLL)设计中代替多重环路。在一个PLL中保持适当的分频比关系,可以将DDS的高频率辨识率及快速转换时间特性与锁相环路的输出频率高、寄生噪声和杂波低的特点有机地结合起来,从而实现更为梦想的DDS+PLL混合式频率合成技术。

3系统实现

3.1DSP及DDS芯片介绍

本次设计采用DSP操纵DDS实现频率合成器。使用TI公司生产的DSP处理器TMS320VC5402和ADI公司生产的DDS芯片AD9835,下面分别对这两个芯片做简朴介绍。

数字信号处理器(DSP)是在模拟信号变换成数字信号以后举行高速实时处理的专用处理器,其处理速度比最快的通用CPU还快10-50倍。在当今的数字化时代,DSP己成为通信、计算机、消费类电子产品等领域的根基器件,被称为信息社会革命的旗手。

VC5402是TI公司1999年10月推出性价对比高的定点数字信号处理器,VC5402具有先进的提升型哈佛布局,操作速率可达100MIPS;多总线布局。VC5402的存储器的配置对比生动,主要由模式寄放器PMST里的OVLY、DROM和MP/MC位举行配置。其中,OVLY和DROM上电复位均为0,而MP/MC抉择配置DSP为微处理器/微机模式。上电后采样MP/MC引脚信号,保存在MP/MC位,可以在DSP运行中由软件配置该位。

AD9835是AD公司生产的一款CMOS工艺完备的DDS芯片,5V供电。它的最高时钟频率可达50MHZ。AD9835主要由数控振荡器(NCO)和相位调制器、正弦查询表以及一个10位数模转换器(DAC)组成。其中数控振荡器和相位调制器片面包含两个32位的频率寄放器、一个32位的相位累加器和四个12位的相位寄放器。

3.2系统硬件实现

系统硬件框图如图2所示:

图2系统硬件框图选用的FLASH存储器为AM29LV160D。由DSP芯片通过CPLD对FLASH举行规律操纵。这样可以使系统的存储器配置更加生动。由于外扩了FLASH,DSP要对FLASH举行正常读写的规律时序操纵就由CPLD来实现,由于CPLD可在线编程,使得日后系统的规律的修改也分外便当,这比用传统的组合规律电路设计要生动便当,只需要的是将DSP对FLASH读写时序分析领会。在此采用的是Altera公司的EPM7064S来完成以上功能。

电源芯片采用TI公司生产的TPS767D318,该芯片是双电源输出,每个电源输出都有单独的复位和输出访能操纵。它采用TSSOP封装,固定两路电压输出,第一路输出1.8V,其次路输出电压为3.3V。该芯片同时还供给两路复位信号,该系统中只使用了其次路复位信号,芯片的22引脚输出低电平复位信号,复位后需为高电平,上拉为3.3V。

数字解调测验时采用的信号是已调模拟信号,模拟信号不能直接送入DSP中,要先由模数转换器(AD)转换为数字信号后,再送入DSP中举行数字解调和基带处理。模数转换器选用了AD公司的AD转换芯片AD7822。AD7822是20脚的8位模数转换芯片,最大采样率可以达成2MSPS。AD7822以并行的方式和DSP相连。数模转换(DA)模块的功能就是完成数字信号的模拟化,在举行数字调制测验时通过DA模块把DSP输出的已调数字信号转换为模拟信号,可以为解调测验供给一个已调的模拟信号,也可以通过示波器观测调制信号波形。该模块选用了AD公司的芯片AD7303。

4总结

以TI公司生产的处理器T