应用dds技术实现正弦波信号源

应用dds技术实现正弦波信号源

1ad9851、zlg钢盘现在，通信信道已经进入全球数字化和高度集权的领域。由于DDS芯片的处理速度快,性能优越,并集成了D/A转换器和DDS结构,因而获得了广泛应用。本文设计的信号源能产生的频率为0MHz～70MHz,可控步长为1Hz。控制界面为一个简易3×4键盘和3个数码管,用zlg7289芯片完成键盘的自动扫描和数码管的显示驱动。控制中心采用AtmelAT89S52单片机完成对AD9851、zlg7289的控制。系统加电以后,在键盘上输入需要的输出信号源频率值,然后按Enter键,单片机将按键值通过程序转化为与AD9851对应40bit的控制字,并送入AD9851中,就可以产生所需要的信号源。如果输入有误,按Cancel键,则维持原频率不变,然后可以重新输入所需的频率值。AD9851产生需要频率的信号,再经低通滤波,放大后就可以作为信号源使用。2系统中使用的设备介绍2.1高速dds芯片的设计AD9851是在AD9850的基础上,做了一些改进以后生成的具有新功能的DDS芯片。如下图(AD9851内部结构)所示,AD9851是由数据输入寄存器、频率/相位寄存器、具有6倍参考时钟倍乘器的DDS芯片、10位的模/数转换器、内部高速比较器这几个部分组成。其中具有6倍参考时钟倍乘器的DDS芯片是由32位相位累加器、正弦函数功能查找表、D/A变换器以及低通滤波器集成到一起。这个高速DDS芯片时钟频率可达180MHz,输出频率可达70MHz,分辨率为0.04Hz。其结构原理图及外部引脚配置如图1:这个输出信号的频率和相位可以通过程序来进行控制。方法是:采用并行或串行的方式来输入频率/相位控制字到数据输入寄存器中,而AD9851内部有5个输入寄存器,储存来自外部数据总线的32位频率控制字,5位相位控制字,1位6倍参考时钟倍乘器使能控制,1位电源休眠功能(powerdown)控制和1位逻辑0。寄存器接收数据的方式有并行和串行两种方式。并行方式由5组8位控制字反复送入,前8位控制输出相位、6倍参考时钟倍频器、电源休眠和输入方式,其余各位构成32位频率控制字。而串行输入是以一个40位的串行数据流经过一个并行输入总线输入。DDS输出频率fo和参考频率fr及频率调整字FSW之间的关系为:fo=fr×FSW/232。2.2led盘显示装置zlg7289A是一片具有串行接口的可同时驱动8位共阴式数码管或64只独立LED的智能显示驱动芯片,该芯片同时还可连接多达64键的键盘矩阵,单片即可完成LED显示﹑键盘接口的全部功能。zlg7289A内部含有译码器,可直接接受BCD码或16进制码,并同时具有2种译码方式。此外还具有多种控制指令,如消隐、闪烁、左移、右移、段寻址等。zlg7289A具有片选信号可方便地实现多于8位的显示或多于64键的键盘接口。3实现方法和步骤3.1频率产生单元与信号调整电路整个系统包括以下各个部分:中心处理单元(单片机),频率产生单元(AD9851)与信号调整电路,键盘与显示控制单元,电源单元(提供稳定的+5V、+12V)四个功能块,各功能块通过端口连接,见附图。3.1.1串联谐振电路控制整个系统工作。单片机采用IMP810来实现上电复位,同时还可以复位AD9851。晶振为12M,和电容构成并联谐振电路,电容取值为33pF;单片机内部产生振荡周期,经分频得到一个机器周期(由十二个振荡周期组成)。单片机通过P1.2、P1.3、P1.4、P1.5与zlg7289芯片通信,控制键盘与显示单元。通过P2.3、P2.4、P2.5控制AD9851输出所需频率值的正弦波信号。3.1.2z晶体内部储存AD9851由单片机控制,串行输入。时钟输入,采用30MHZ晶体,内部寄存器控制六倍频。信号输出为恒流源,Iout=39/RSet,电阻3.9K,输出电流为10mA,外接51Ω电阻,输出电压510mV。与单片机接口部分,如表1所示:3.1.3小键盘类型本系统通过zlg7289芯片完成对键盘组和数码管的控制。其中键盘组为3×4小键盘,按键值分别为0～9,Enter、Cancel。数码管有1个两位相连的表示MHz,有2个三位相连的分别表示KHz与Hz。3.1.4进行相关分析。对于已经进行主要是滤波,放大电路,供信号性能测试及下一步开发工作的进行。滤波器为70MHZ七阶椭圆低通滤波器,放大器采用MAR-8SM,用7812对放大器供电.模拟电路的参数可在调试过程中依照信号性能作出适当的调整。3.2板准备3.2.1提高党校系统经验总结的理论分析板子尺寸过大浪费成本,太小性能不好,甚至布线困难,电路板的性能在很大程度上源于经验的积累,但必要的理论分析也可带来很大的提高。布局是在protel上采用手工布局。混合信号PCB设计要将PCB分区为独立的模拟部分和数字部分,要区分模拟地与数字地。3.2.2电源单元的设计首先设定好自动布线规则,电源线,地线应加粗为30mil,信号线为20mil(根据AD9851芯片引脚间距,此芯片引出信号线为10mil),然后进行自动布线。在自动布线的基础上进行手工布线。布线完成后为避免输出信号受到外界影响,通过大面积铺地以提高的抗干扰能力。此外为减小接地电阻对需大面积铺地的区域要大面积铺地。电源单元中的7805、7812与滤波放大电路中的放大器发热量较大,所以在芯片下面的电路板上大面积铺裸铜进行散热,以保证芯片的正常运行。根据以上分析,PCB图见附图。3.3软件设计程序采用汇编语言编写,程序流程图如图3。4应该注意的是，项目中应该提到的问题4.1干扰电路的设计当一块PCB板中有多个数/模功能块时,常规做法是要将数/模地分开。将数/模地分开是为了抗干扰,因为数字电路在高低电位切换时会在电源和地产生噪声,数字电路对模拟电路的干扰,噪声的大小跟信号的速度及电流大小有关。因此在布局布线的时候要特别注意。4.2ad9851及其自动纱线在设定自动布线规则,电源线,地线应加粗为30mil,一般信号线为20mil,AD9851引出信号线为10mil,然后进行自动布线。由于自动布线一般存在一些问题,要结合实际经验,进行手工布线、调整。比如有些线与焊盘太近,在焊接时容易搭线,