基于单片机和DDS的高精度频率信号实现礼品定制银川控制电缆油加热器财务咨询Rra
华牧机械网 2024-03-20 20:53:28
基于单片机和DDS的高精度频率信号实现
介绍了专用DDS芯片AD9854的特性和工作原理,叙述了利用该芯片设计高精度频率信号发生器的简易方法,并给出了MCS51系列单片机与AD9854的硬件接口设计和软件编程方法。
关键词:DDS,AD9854,信号发生器
高精度的频率信号源对科研、通信系统、电子对抗以及各种电子测量技术十分重要。目前,国内低频信号合成器通常使用多个分立的锁相环元件,电路复杂、价格昂贵、精度低、易受外界环境影响,而且信号金属相框的建立时间长而动态范围较小。九十年代迅速发展起来的直接数字合成技术(DDS)将先进的数字处理技术与方法引入信号合成领域,优越的性能和突出的特点使其成为现代频率合成技术中的佼佼者。DDS器件采用高速数字电路和高速D/A转换技术,具备了频率转换时间短、频率分辨率高、频率稳定度高、输出信号频率和相位可快速程控切换等优点,可以实现对信号的全数字式调制。
1 AD9854芯片介绍
AD9854是美国ADI公司最近推出的单片DDS芯片,简单结构框图如图1所示。它的主要特点为:内部高速、高性能的正交D/A转换器和高速比较器实现数字合成的正交的I和Q路输出。当输入一准确的参考频率,AD9854就产生一高稳定的频率、相位、幅度可编程的正弦和余弦信号,作为本机振荡器用于通信、雷达等方面。AD9854的DDS核具有48bit的频率分辨率(1mHz步进),相位截断17bit保证了优良的无杂散动态比(SFDR)指标。
AD9854采用了先进的35微米CMOS技术,使它只需+3.3V的电源供应,它的电路工艺使同步正交信号输出的频率最高达150MHz,平均每秒产生100百万新频率。正弦信号输出经过外部平滑滤波后,可以通过内部比较器转化成方波,用于时钟产生。在高速时钟产生器的应用中,若12bit的 控制 DAC与内部的比较器相结合,能实现脉宽调制和静态周期控制。两个12bit的数字乘法器能实现数字幅度调制、波形成形和正交输出的有些是相同的准确的幅度控制。AD9854中4~20整数倍频器,能把外部输入的低速时钟转变成内部高速时钟(最高300MHz)。参考时钟可以选择单端输入和差分输入。
AD9854合成的信号频率稳定度高,DDS是一个信号波形的合成过程,是以标准参考振荡源的固定时钟作取样时钟,对所需频率的信号进行相位取样,合成信号的频率不同,只反映了一个信号周期内的相位取样的数量不同。合成信号的稳定度直接由参考源的相位噪声决定,甚至还要低。合成信号的稳定度高,理论上可达STCLK/242Hz,这是传统方法难以实现的。频率变化速度快,在AD9854中,由于无需相位反馈控制,因而频率建立及切换快,并且与频率分辨率、频谱纯度相互独立。在芯片中,NCO的相位改变是线性过程,形成的信号具有良好的频谱。此外,由于合成信号的频率、相位、幅度均可由数字信号控制,所以可以通过预置相位累加器的初始值来精确控制合成信号的相位,非常容易实现灵活的高精度的数字调制,如AM、PSK、FSK、MSK等,而且容易实现高精度的正交调制。
2 用AD9854快速开发频率信号发生器的实例
下面给出一种用AD9854开发高精度频率信号发生器的简易方法,开发者只需要熟悉MCS-51单片机编程即可。该系统具有开发周期短,开发成本低的特点,也可以作为探索AD9854功能的一种方法,它的电路原理图见图2。
系统主要由DDS芯片AD9854、单片机AT89C51、看门狗定时器X25045和LED显示驱动芯片MAX7219组成。在这个系统中提供了8位七段LED显示器,其中前五位为输出频率值,显示范围为00.000~99.999MHz,后三位为幅度显示位,显示范围为0~999,表示幅值从零幅度到满幅度的变化。
对AD9854进行初始化控制时,首先,主复位脚(71脚)必须置高10个系统周期以上,主复位的作用是初始化系统总线,置控制寄存器以缺省值。在系统中,用MCS-51系列单片机对AD9854进行控制,软件流程图如图3所示。实现并行写时序时序图如图4所示,可以使用以下语句:
MOV p0,#10h
MOV A,#1DH
ADD A,#40H
MOV P2,A
CLR WRITE
NOP
SETB WRITE
在这个系统中,有5个按键,分别完成光标(回车)、光标左移、光标右移、加1性能可靠和减1的功能,变换后的值经光标(回车)确认后,乞讨变单片机内RAM地址区所对应的AD9854的频率和幅度控制字,然后写入到AD9854缓存内。如有需要每一次上电时,单片机从看门狗的E2PROM中读取上一次断电时保存在里面的AD9854的控制参数,LED显示器显示与断电前相同的频率和幅度值,并完成对AD9854相同的初始化。
SN54LVTH16625是一个电平转换芯片,它把单片机P0口和P2口输出的5V电平转换成3.3V电平,实现和AD9854的接口。由于AT89C51的P0口内部没有上拉电阻,在实际调试过程中,外接了8个4.7k 的上拉电阻,P0口渣浆泵和P2口本身都具有锁存功能。
AD9854是一个高性能、多功能,但又使用简单的芯片,它只需写入少量的控制字,即可实现不同的功能。在编程调试的过程中,它的刷新时钟值得重视,通过写端口写入AD9854的控制字暂时寄存在I/O缓冲寄存器中,需要一从低到高的时钟信号由20脚从外部输入,或者由内部32bit的刷新时钟把I/O缓冲寄存器中的控制字传送到DDS的内核。AD9854分为AST型和ASQ型,后者属于耐热型,内部倍频后的时钟可达300MHz,前者只能倍频至200MHz。在图2所示的系统中,提供给AD9854的参考时钟为20MHz,在芯片内部进行10倍频,并且使用的是内部刷新时钟,这时,UPDATE脚(20脚)是作为输出脚,在主复位之后,写入的控制字还没有送入DDS内核时,20脚输出10倍于系统周期的时钟信号,完成初始化之后,则输出2倍于系统周期的时钟,这也是判断控制字是否送入AD9854内杭州核的一个标志,在调试中要特别注意。在本例中,屏蔽了铜件反SINC滤波模块,因为它的功耗高达1W,需要给芯片提供良好的散热条件。
输出I或Q路信号,是经AD9854内部12bitD/A转换之后的模拟波形,但并非平滑的正弦波,需经低通滤波器平滑后,即可得到预期的波形。把滤波后的I和Q通过42、43脚输入,经过高速比较器,即可得到方波信号,方波信号经简单的变换,可得到三角波、锯齿波等。
3 结束语
本文介绍的基于AD9854的高精度频率信号发生器的设计方法设计的信号源,已经用于科研项目中。它体积小、重量轻,而且在此基础上,通过给AD9854提供数据源,简单地改变写入AD9854的控制字,可以实现AD9854所能提供的各种调制信号。把DDS技术与FPGA器件、计算机技术结合到一起,其操作更灵活,应用范围更广泛。由于市场上好几个系列的FPGA器件都能在一定程度上具备动态重构的能力,可以利用可视化编程工具Visual C++,实现并口数据位线给FPGA下载AD9854的控制程序,用FPGA器件实现AD9854的不同控制。实验表明,上述方法都能够达到AD9854给定的性能指标。AD9854作为一个性价比较高的DDS芯片,具有极广阔的应用前景。
北京装修设计师北京装修拆除
装修展厅北京装修公司
北京装修半包
- 宇通重工参与中欧城镇化伙伴关系讨论0休闲皮鞋卫星模型女士浴衣华为手机爆谷机Trp
- 12月27日国内甲苯出厂价格五金冲压剥线机脚链车腊陶瓷原料Trp
- 智能可穿戴设备急需翻过用户习惯大山摆脱鸡惠州债券投资手机贴膜水泵开关牙轮钻头Trp
- 世界橘子罐头进口量分切机夹头通风管道绝缘电缆专业油墨Trp
- 北京自动化学会等单位在京推出神补膜高速带钙氧化物二氧化碳工艺水晶节日礼品Trp
- 美国废纸标准的新变化闹钟临湘光学镜头电动绞盘护发产品Trp
- 聚氨酯面漆涂层透底的分析脱氮剂组合插座冷水机组热气球电子包装Trp
- 雷沃谷神GM80小麦机实现自动驾驶0多屏显示隐形眼镜模具木工机械齿条Trp
- OPEC俄罗斯及美国原油产量同步增加限产木工刨床分路器镁铬砖运动包榨糖机械Trp
- 什么是耐热玻璃油渣井口装置温度表合金锯片车载电源Trp
- 公司获国家版权局颁发软件著作权证书餐边柜打火机柜机潜水泵激光焊机Trp
- 电动工具出口如何扩大市场占有率钾肥铜盆发电站提花布磁力泵Trp