信号发生器以及虚拟数字示波器的实现(3)

（１）频率分辨率高

由ｗＦｃ＝ｌ，可得分辨率为Ａｆ＝ｆｃＬＫ，２“若时钟频率丘’ＬＫ不变，ＤＤＳ的频率分辨率就由相位累加器的位数Ｎ决定。因为Ｎ一般取得很大，如３２位、４８位、６０位，使得分辨率高，达到微赫兹级。

ｒ２）频率切换快

ＤＤＳ是一个开环系统，无任何反馈环节，这种结构使得ＤＤＳ的频率转换时间极短。在ＤＤＳ的频率控制字改变之后，需经过一个时钟周期之后按照新的相位增量累加，才能实现频率的转换。因为频率转换的时间等于ｗＦｃ的传输时间，也就是一个时钟周期的时间。时钟频率越高，转换时间越短。再加上低通滤波器为主的器件响应时间很短，使得高速ＤＤＳ系统的频率切换时间可达到纳秒级。

（３）输出相对带宽较宽

输出频率带宽为５０％ｆｃＬＫ（理论值），考虑到低通滤波器的特性和设计难度以及对输出信号杂散的抑制，ＤＤＳ实际输出频率范围可达：０－４０％ｆＣＬＫ．

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第二章信号发生器系统设计

（４）频率变化时相位连续

改变ＤＤＳ输出频率，实质就是改变相位增长率。而相位函数的曲线是连续的，只是在改变频率的瞬间其频率发生了突变，因而保持了信号相位的连续性。（５）输出信号的灵活性

在ＤＤＳ内部加上相应控制如调频控制ＦＭ、调相控制ＰＭ和调幅控制ＡＭ，即可方便灵活地实现调频，调相和调幅功能，产生ＦｓＫＰＳＫＡＳＫ和ＭＳＫ等信号。改变ＲＯＭ中存储的数据，可以实现任意波形输出。

（６）杂散抑制差

由于ＤＤＳ采用全数字结构，不可避免地引入了杂散。其来源主要有三个：相位累加器相位舍位造成的杂散；幅度量化误差（由存储器有限字长引起）造成的杂散和ＤＡＣ非理想特性造成的杂散。

（７）输出带宽较窄

由于ＤＤＳ内部ＤＡＣ和波形存储器的工作速度限制，使得ＤＤＳ输出的最高频率有限，不能直接运用于微波频段。

２．３信号发生器设计方案

本系统采用ＤＤＳ芯片ＡＤ９８５０和数模转换芯片ＤＡＣ０８３２与ＡＴＭＥＧＡ系列单片机ＭＥＧＡｌ６与ＭＥＧＡ８产生正弦波、方波、白噪声以及三角波。利用ＣＭＯＳ高速多通道模拟器ＣＤ７４ＨＣＡ０５１实现正弦波、方波、三角波与噪声的合成。具体设计框图如图２－２所示９

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合成波

图２－２系统总体设计框图

下图为本系统电路板以及输出液晶部分和系统ＰＣＢ版图

图２－３系统电路板

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第二章信号发生器系统设计

图２．４输出液晶显示屏

图２－５系统ＰＣＢ图

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第三章信号发生器各部分硬件电路设计

３．１正弦波与方波电路设计

这里采用了美国ＡＤ公司采用先进的直接数字频率合成（ＤＤＳ）技术推出的高集成度频率合成器ＡＤ９８５０。ＡＤ９８５０采用先地蝗ＣＭＯＳ工艺，其功耗在３．３Ｖ供电时仅为１５５ｒｏｗ，扩展工业级温度范围为－４０～８０℃，采用２８脚ＳＳＯＰ表面封装形式。ＡＤ９８５０采用先进的ＤＤＳ技术，在内部集成了３２ｂ相位累加器、１４ｂ正／余弦查询表和高性能的１０ｂＤ／Ａ转换器以及一个高速比较器。他通过并口或串口写入的频率控制字来设定相位累加器的步长大小，相位累加器输出的数字相位通过查找正／余弦查询表得到所需频率信号的采样值，然后通过Ｄ／Ａ变换，输出所需频率的正弦波信号。还可以通过高速比较器将该正弦波信号转换成方波，作为时钟信号输出。可编程ＤＤＳ系统的核心是相位累加器，它由一个加法器和一个Ｎ位相位寄存器组成，Ｎ一般为２４～３２。每来一个外部参考时钟，相位寄存器便以步长Ｍ递加。相位寄存器的输出与相位控制字相加后可输入到正弦查询表地址上。正弦查询表包含一仑正弦波周期的数字幅度信息，每一个地址对应正弦波中０＂～３６０。范围的一个相位点。查询表把输入地址的相位信息映射成正弦波幅度信号，然后驱动ＤＡＣ以输出模式量”。

正弦波

输出

方波输出

图３－１ＡＤ９８５０的组成框图

相位寄存器每过２Ｎ／Ｍ个外部参考时钟后返回到初始状态一次，相位地正弦查询表每消费品一个循环也回到初始位置，从而使整个ＤＤＳ系统输出一个正弦波。输出的正弦波周期Ｔｏ＝Ｔｅ２Ｎ／Ｍ，频率ｆｏｕｔ＝Ｍｆｅ／２Ｎ，Ｔｅ、ｆｅ分别为外部参考时钟的周期和频率。

ＡＤ９８５０采用３２位的相位累加器将信号截断成１４位输入到正弦查询表，

查询表的输出再被截断成１０位后输入到ＤＡＣ，ＤＡＣ再输出两个互补的电流。

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第三章信号发生嚣各部分硬件电路设计

ＤＡＣ满量程输出电流通过一个外接电阻ＲＳＥＴ调节，调节关系为

ＩＳＥＴ＝３２（１．１４８Ｖ／ＲＳＥＴ），ＲＳＥＴ的典型值是３．９ｋｎ。将ＤＡＣ的输出经低通滤波后接到ＡＤ９８５０内部的高速比较器上即可直接输出一个抖动很小的方波。

ＡＤ９８５０在接上精密时钟源和写入频率相位控制字之间后就可产生一个频率和相位都可编程控制的模拟正弦波输出，此正弦波可直接用作频率信号源或经内部的高速比较器转换为方波输出。在１２５ＭＨｚ的时钟下，３２位的频率控制字可使ＡＤ９８５０的输出频率分辨率达Ｏ．０２９１Ｈｚ；并具有５位相位控制位，而且允许相位按增量１８００、９０。、４５。、２２．５０、１１．２５０或这些值的组合进行调整。

ＡＤ９８５０的控制字与控制时序ＡＤ９８５０有４０位控制字，３２位用于频率控制，５位用于相位控制，１位用于电源休眠（Ｐｏｗｅｒｄｏｗｎ）控制，２位用于选择工作方式。这４０位控制字可通过并行方式或串行方式输入到ＡＤ９８５０，图４是控制字并行输入的控制时序图，在并行装入方式中，通过８位总线Ａ０…Ｄ７将可数据输入到寄存器，在重复５次之后再在ＦＱ－ＵＤ上升沿把４０位数据从输入寄存器装入到频率／相位数据寄存器（更新ＤＤＳ输出频率和相位），同时把地址指针复位到第一个输入寄存器。接着在Ｗ－ＣＬＫ的上升沿装入８位数据，并把指针指向下一个输入寄存器，连续５个Ｗ－ＣＬＫ上升沿后，Ｗ－ＣＬＫ的边沿就不再起作用，直到复位信号或ＦＱ．ＵＤ上升沿把地址指针复位到第一个寄存器。在串行输入方式，Ｗ－ＣＬＫ上升沿把２５引脚的一位数据串行移入，当移动４０位后，用一个ＦＱ．ＵＤ脉冲即可更新输出频率和相位。图５是相应的控制字串行输入的控制时序图。

ＡＤ９８５０的复位（ＲＥＳＥＴ）信号为高电平有效，且脉冲宽度不小于５个参考时钟周期。ＡＤ９８５０的参考时钟频率一般远高于单片机的时钟频率，因此ＡＤ９８５０的复位（ＲＥＳＥＴ）端可与单片机的复位端直接相连。

值得一提的是：用于选择工作方式的两个控制位，无论并行还是串行最好都写成ｏｏ，并行时的ｌＯ、０１和串行时的ｌＯ、Ｏｌ、ｌｌ都是工厂测试用的保留控制字，不慎使用可能导致难以预料的后果。ＡＤ９８５０与单片机接口设计

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单片机用来实现对整个系统的控制。单片机控制部分包括键盘显示电路以及频率合成部分的接口电路。 …… 此处隐藏：2026字，全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……