基于ATmega8的DDS信号发生器的设计
2013-03-04
频率源是雷达、通信、电子对抗与电子系统实现高性能指标的关键，很多现代电子设备和系统的功能都直接依赖于所用频率源的性能，因此频率源被人们喻为众多电子系统的“心脏”。而当今高性能的频率源均通过频率合成技术来实现。频率合成器是利用一个或多个标准信号，通过各种技术途径产生大量离散频率信号的设备。传统的频率合成器有直接模拟合成法与锁相环合成法两种。直接模拟合成法利用倍频、分频、混频及滤波，从单一或几个参考频率中产生多个所需的频率。该方法频率转换时间快（小于100ns），但是体积大、功耗大，目前已基本不被采用。锁相环式频率合成器具有很好的窄带跟踪特性，可以很好地选择所需频率的信号，抑制杂散分量，并且避免了大量的滤波器，有利于集成化和小型化。但存在高分辨率和快转换速度之间的矛盾，一般只能用于大步进频率合成技术中。
直接数字频率合成是采用数字化技术，通过控制相位的变化速度，直接产生各种不同频率信号的一种频率合成方法。DDS的基本结构如图1所示，它主要由相位累加器、正弦ROM/A转换器和低通滤波器构成。
参考时钟ｆr由一个稳定的晶体振荡器产生。相位累加器由Ｎ位加法器与Ｎ位相位寄存器级联构成，类似于一个简单的加法器。每来一个时钟脉冲，加法器将频率控制数据与相位寄存器输出的累积相位数据相加，把相加后的结果送至相位寄存器的数据输入端。相位寄存器将加法器在上一个时钟作用后所产生的新相位数据反馈到加法器的输入端，以使加法器在下一个时钟的作用下继续与频率控制数据相加。这样，相位累加器在参考时钟的作用下，进行线性相位累加，当相位累加器累积满量时就会产生一次溢出，完成一个周期性的动作，这个周期就是DDS合成信号的一个频率周期，累加器的溢出频率就是DDS输出的信号频率。
在参考时钟ｆr的控制下，频率控制字由累加器累加以得到相应的相位数据，把此数据作为取样地址，来寻址正弦ＲＯＭ表进行相位－幅度变换，即可在给定的时间上确定输出的波形幅值。DAC将数字量形式的波形幅值转换成所要求合成频率的模拟量形式信号，低通滤波器用于滤除不需要的取样分量，这样即可得到由频率控制字决定的连续变化的输出正弦波。
4×4的小键盘用于设定工作模式、频率和相位参数，显示部分采用16×2的通用点阵字符液晶显示器。调制信号通过接口电路送入AD9832，然后通过0～10MHz的低通滤波器输出。（2）软件设计 为单片机ATmega8的软件流程图。其中“AD9832初始化”是对AD9832写入一些控制字，包括对SLEEP、RESET、CLR、SYNC、SELSRC控制位的设置，一旦设定后，AD9832将保持设定状态不变，直到重新对这些控制位进行设定。初始化之后开始对键盘进行查询，当检测到有键按下时，判断键值，执行相应的操作，并将结果显示在LCD上。当检测到“确定”键被按下后，根据键盘设定的工作模式以及相应的参数来改变控制字，包括频率、相位控制字的计算和写入，使用管脚还是使用串行控制位来选择频率、相位寄存器，以及选择哪个或哪些寄存器的值等等，然后输出波形，等待下一次的键盘输入。
本系统设计了三种工作模式：点频、FSK、PSK。采用25MHz的晶振作为参考时钟，可以产生 0～10MHz 频率和相位都能精确控制的正弦波，频率分辨率为0.01Hz，相位分辨率为0.1°。结果显示，在频率跳变的过程中，波形衔接得非常好，中间没有控制失调的过渡带出现。此外，在产生PSK信号的过程中，相位跳变的瞬时性和准确度均很好，可以精确控制相位是DDS的一个突出优点，也是其它频率合成手段难以达到的。来源：示波器 http://www.hncsw.net/
直接数字频率合成是采用数字化技术，通过控制相位的变化速度，直接产生各种不同频率信号的一种频率合成方法。DDS的基本结构如图1所示，它主要由相位累加器、正弦ROM/A转换器和低通滤波器构成。
参考时钟ｆr由一个稳定的晶体振荡器产生。相位累加器由Ｎ位加法器与Ｎ位相位寄存器级联构成，类似于一个简单的加法器。每来一个时钟脉冲，加法器将频率控制数据与相位寄存器输出的累积相位数据相加，把相加后的结果送至相位寄存器的数据输入端。相位寄存器将加法器在上一个时钟作用后所产生的新相位数据反馈到加法器的输入端，以使加法器在下一个时钟的作用下继续与频率控制数据相加。这样，相位累加器在参考时钟的作用下，进行线性相位累加，当相位累加器累积满量时就会产生一次溢出，完成一个周期性的动作，这个周期就是DDS合成信号的一个频率周期，累加器的溢出频率就是DDS输出的信号频率。
在参考时钟ｆr的控制下，频率控制字由累加器累加以得到相应的相位数据，把此数据作为取样地址，来寻址正弦ＲＯＭ表进行相位－幅度变换，即可在给定的时间上确定输出的波形幅值。DAC将数字量形式的波形幅值转换成所要求合成频率的模拟量形式信号，低通滤波器用于滤除不需要的取样分量，这样即可得到由频率控制字决定的连续变化的输出正弦波。
4×4的小键盘用于设定工作模式、频率和相位参数，显示部分采用16×2的通用点阵字符液晶显示器。调制信号通过接口电路送入AD9832，然后通过0～10MHz的低通滤波器输出。（2）软件设计 为单片机ATmega8的软件流程图。其中“AD9832初始化”是对AD9832写入一些控制字，包括对SLEEP、RESET、CLR、SYNC、SELSRC控制位的设置，一旦设定后，AD9832将保持设定状态不变，直到重新对这些控制位进行设定。初始化之后开始对键盘进行查询，当检测到有键按下时，判断键值，执行相应的操作，并将结果显示在LCD上。当检测到“确定”键被按下后，根据键盘设定的工作模式以及相应的参数来改变控制字，包括频率、相位控制字的计算和写入，使用管脚还是使用串行控制位来选择频率、相位寄存器，以及选择哪个或哪些寄存器的值等等，然后输出波形，等待下一次的键盘输入。
本系统设计了三种工作模式：点频、FSK、PSK。采用25MHz的晶振作为参考时钟，可以产生 0～10MHz 频率和相位都能精确控制的正弦波，频率分辨率为0.01Hz，相位分辨率为0.1°。结果显示，在频率跳变的过程中，波形衔接得非常好，中间没有控制失调的过渡带出现。此外，在产生PSK信号的过程中，相位跳变的瞬时性和准确度均很好，可以精确控制相位是DDS的一个突出优点，也是其它频率合成手段难以达到的。来源：示波器 http://www.hncsw.net/
