基于ATmega8的DDS信號發生器的設計
2013-03-04
頻率源是雷達、通信、電子對抗與電子系統實現高性能指標的關鍵，很多現代電子設備和系統的功能都直接依賴于所用頻率源的性能，因此頻率源被人們喻為眾多電子系統的“心臟”。而當今高性能的頻率源均通過頻率合成技術來實現。頻率合成器是利用一個或多個標準信號，通過各種技術途徑產生大量離散頻率信號的設備。傳統的頻率合成器有直接模擬合成法與鎖相環合成法兩種。直接模擬合成法利用倍頻、分頻、混頻及濾波，從單一或幾個參考頻率中產生多個所需的頻率。該方法頻率轉換時間快（小于100ns），但是體積大、功耗大，目前已基本不被采用。鎖相環式頻率合成器具有很好的窄帶跟蹤特性，可以很好地選擇所需頻率的信號，抑制雜散分量，并且避免了大量的濾波器，有利于集成化和小型化。但存在高分辨率和快轉換速度之間的矛盾，一般只能用于大步進頻率合成技術中。
直接數字頻率合成是采用數字化技術，通過控制相位的變化速度，直接產生各種不同頻率信號的一種頻率合成方法。DDS的基本結構如圖1所示，它主要由相位累加器、正弦ROM/A轉換器和低通濾波器構成。
參考時鐘ｆr由一個穩定的晶體振蕩器產生。相位累加器由Ｎ位加法器與Ｎ位相位寄存器級聯構成，類似于一個簡單的加法器。每來一個時鐘脈沖，加法器將頻率控制數據與相位寄存器輸出的累積相位數據相加，把相加后的結果送至相位寄存器的數據輸入端。相位寄存器將加法器在上一個時鐘作用后所產生的新相位數據反饋到加法器的輸入端，以使加法器在下一個時鐘的作用下繼續與頻率控制數據相加。這樣，相位累加器在參考時鐘的作用下，進行線性相位累加，當相位累加器累積滿量時就會產生一次溢出，完成一個周期性的動作，這個周期就是DDS合成信號的一個頻率周期，累加器的溢出頻率就是DDS輸出的信號頻率。
在參考時鐘ｆr的控制下，頻率控制字由累加器累加以得到相應的相位數據，把此數據作為取樣地址，來尋址正弦ＲＯＭ表進行相位－幅度變換，即可在給定的時間上確定輸出的波形幅值。DAC將數字量形式的波形幅值轉換成所要求合成頻率的模擬量形式信號，低通濾波器用于濾除不需要的取樣分量，這樣即可得到由頻率控制字決定的連續變化的輸出正弦波。
4×4的小鍵盤用于設定工作模式、頻率和相位參數，顯示部分采用16×2的通用點陣字符液晶顯示器。調制信號通過接口電路送入AD9832，然后通過0～10MHz的低通濾波器輸出。（2）軟件設計 為單片機ATmega8的軟件流程圖。其中“AD9832初始化”是對AD9832寫入一些控制字，包括對SLEEP、RESET、CLR、SYNC、SELSRC控制位的設置，一旦設定后，AD9832將保持設定狀態不變，直到重新對這些控制位進行設定。初始化之后開始對鍵盤進行查詢，當檢測到有鍵按下時，判斷鍵值，執行相應的操作，并將結果顯示在LCD上。當檢測到“確定”鍵被按下后，根據鍵盤設定的工作模式以及相應的參數來改變控制字，包括頻率、相位控制字的計算和寫入，使用管腳還是使用串行控制位來選擇頻率、相位寄存器，以及選擇哪個或哪些寄存器的值等等，然后輸出波形，等待下一次的鍵盤輸入。
本系統設計了三種工作模式：點頻、FSK、PSK。采用25MHz的晶振作為參考時鐘，可以產生 0～10MHz 頻率和相位都能精確控制的正弦波，頻率分辨率為0.01Hz，相位分辨率為0.1°。結果顯示，在頻率跳變的過程中，波形銜接得非常好，中間沒有控制失調的過渡帶出現。此外，在產生PSK信號的過程中，相位跳變的瞬時性和準確度均很好，可以精確控制相位是DDS的一個突出優點，也是其它頻率合成手段難以達到的。來源：示波器 http://www.jeraylynn.com/
直接數字頻率合成是采用數字化技術，通過控制相位的變化速度，直接產生各種不同頻率信號的一種頻率合成方法。DDS的基本結構如圖1所示，它主要由相位累加器、正弦ROM/A轉換器和低通濾波器構成。
參考時鐘ｆr由一個穩定的晶體振蕩器產生。相位累加器由Ｎ位加法器與Ｎ位相位寄存器級聯構成，類似于一個簡單的加法器。每來一個時鐘脈沖，加法器將頻率控制數據與相位寄存器輸出的累積相位數據相加，把相加后的結果送至相位寄存器的數據輸入端。相位寄存器將加法器在上一個時鐘作用后所產生的新相位數據反饋到加法器的輸入端，以使加法器在下一個時鐘的作用下繼續與頻率控制數據相加。這樣，相位累加器在參考時鐘的作用下，進行線性相位累加，當相位累加器累積滿量時就會產生一次溢出，完成一個周期性的動作，這個周期就是DDS合成信號的一個頻率周期，累加器的溢出頻率就是DDS輸出的信號頻率。
在參考時鐘ｆr的控制下，頻率控制字由累加器累加以得到相應的相位數據，把此數據作為取樣地址，來尋址正弦ＲＯＭ表進行相位－幅度變換，即可在給定的時間上確定輸出的波形幅值。DAC將數字量形式的波形幅值轉換成所要求合成頻率的模擬量形式信號，低通濾波器用于濾除不需要的取樣分量，這樣即可得到由頻率控制字決定的連續變化的輸出正弦波。
4×4的小鍵盤用于設定工作模式、頻率和相位參數，顯示部分采用16×2的通用點陣字符液晶顯示器。調制信號通過接口電路送入AD9832，然后通過0～10MHz的低通濾波器輸出。（2）軟件設計 為單片機ATmega8的軟件流程圖。其中“AD9832初始化”是對AD9832寫入一些控制字，包括對SLEEP、RESET、CLR、SYNC、SELSRC控制位的設置，一旦設定后，AD9832將保持設定狀態不變，直到重新對這些控制位進行設定。初始化之后開始對鍵盤進行查詢，當檢測到有鍵按下時，判斷鍵值，執行相應的操作，并將結果顯示在LCD上。當檢測到“確定”鍵被按下后，根據鍵盤設定的工作模式以及相應的參數來改變控制字，包括頻率、相位控制字的計算和寫入，使用管腳還是使用串行控制位來選擇頻率、相位寄存器，以及選擇哪個或哪些寄存器的值等等，然后輸出波形，等待下一次的鍵盤輸入。
本系統設計了三種工作模式：點頻、FSK、PSK。采用25MHz的晶振作為參考時鐘，可以產生 0～10MHz 頻率和相位都能精確控制的正弦波，頻率分辨率為0.01Hz，相位分辨率為0.1°。結果顯示，在頻率跳變的過程中，波形銜接得非常好，中間沒有控制失調的過渡帶出現。此外，在產生PSK信號的過程中，相位跳變的瞬時性和準確度均很好，可以精確控制相位是DDS的一個突出優點，也是其它頻率合成手段難以達到的。來源：示波器 http://www.jeraylynn.com/
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