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标题: 基于CPLD及DDS的正交信号源滤波器的设计 [打印本页]

作者: liyf 时间: 2012-1-27 14:09
标题: 基于CPLD及DDS的正交信号源滤波器的设计

　　1 引言
　　由于传统的多波形函数信号发生器需采用大量分离元件才能实现，且设计复杂，这里提出一种基于CPLD的多波形函数信号发生器。它采用CPLD作为函数信号发生器的处理器，以单片机和CPLD为核心，辅以必要的模拟和数字电路，构成的基于DDS(直接数字频率合成)技术、波形稳定、精度较高的多功能函数信号发生器。
　　2 系统设计
　　图1给出系统设计框图，该系统设计主要由CPLD电路、单片机电路、键盘输入液晶显示输出电路以及D/A转换电路和低通滤波器等电路组成。

　　2．3 后级处理模块
　　采用二阶巴特沃兹低通滤波器。巴特沃兹低通滤波器的幅度函数是单调下降的，由于n阶低通巴特沃兹低通滤波器的前(2n-1)阶导数在ω=0处为零，所以巴特沃兹低通滤波器也称最大平坦幅度滤波器。由于该设计要求滤除的频率分量主要为由D／A转换器产生的高频分量，与系统所要求保留的频率相差很远，所以滤波器在通频带内的平坦程度比其衰减陡度更为重要，而且巴特沃兹低通滤波器所要的元件值合乎实际情况，不像其他滤波器要求元件值那么苛刻。
　　3 硬件电路系统设计
　　3．1 总体设计思路
　　整个系统以CPLD(EPM7128)、AT89S51、AT28C64(EEP-ROM)为核心。CPLD通过相位累加产生读取ROM的地址。以单片机为系统控制的核心，主要功能：给CPLD送频率控制字，即相位累加器的累加值，以此控制频率；给D／A转换器送幅度控制字D，控制波形幅度；处理红外遥控键盘；送数据给液晶LCD。EEPROM存储已固化好波形的数据。
　　3．2 CPLD模块
　　该模块通过一个4引脚的工业标准JTAG接口在系统编程(ISP)，并且在编程过程中仅需5．0 V单电压供电。编程过程中，I／O引脚处于三态并被上拉，以消除板上冲突。上拉阻值为1 kΩ。因为该器件是在线编程的，为了便于调试，所以把下载口直接做在电路板上。考虑到电源为自制的稳压电源，CPLD受电源纹波干扰影响较大，所以在每个器件旁都加有去耦电容。
　　3．3 D／A转换及幅度控制
　　D／A转换采用TI公司的TLC7524，该器件转换速度可达10 M，幅度控制D／A转换采用MAX518，该器件是I2C总线的双D／A转换器，只需很少的端口线就可实现两路幅度的控制，大大节省单片机的端口。图3给出D／A转换电路。

　　4．2 幅度控制
　　系统的幅度控制由MAX518完成，利用其内部电阻网络实现数字电位器功能，输出电压作为TLC7524的基准电压。图5为幅度控制流程。

　　6 结论
　　基于单片机和CPLD的DDS正交信号源，其频率幅度可精密控制，扩展输出频率达300 kHz，增加扫频输出功能。采用红外键盘控制频率和幅度，采用液晶同步显示信号的频率和幅度；输出端产生正弦波、方波、三角波、锯齿波，梯形波、短形波、频率突变的方波、尖脉冲数字信号等，且具有扫频输出的功能。测试结果表明，系统稳定可靠，人机交互界面友好，操作简单方便。

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