基于DDS的高精度函数信号发生器的研制

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摘要：基于直接数字频率合成技术(DDS)，采用单片机实现对DDS芯片AD9852的控制，提出一种高精度函数信号发生器的实现方案。重点介绍了单片机与AD9852的硬件接口电路、整个系统的软件设计以及单片机中对48 b频率控制字的处理方法。此方法在单片机程序设计中处理多于32 b的整型数据时具有借鉴意义。此系统具有高频率、高精度的主要特点，且控制灵活方便，具有广阔的应用前景。关键词：DDS；AD9852；频率控制字；信号发生器??? 直接数字频率合成技术(Direct Digital Frequency Synthesis，DDS)是从相位概念出发直接合成所需波形的一种新的频率合成技术。DDS技术具有相对带宽宽、频率转换时间短、频率分辨率高等优点，广泛用于高精度频率合成和任意信号发生。本文采用单片机控制DDS芯片，设计实现了一种高精度多波形的信号源。1 DDS原理??? DDS的基本结构包括：相位累加器、正弦查询表、数模转换器(DAC)及低通滤波器等。DDS原理如图1所示。

??? 图1中信号输出频率和参考时钟频率的关系表达式为：???

其中：fo为输出频率，fosc为参考时钟频率，FTW为频率控制字，N为频率控制字的位数。由于N是一个固定值，那么只要改变FTW的大小就能得到所需要的频率值，而且频率的分辨率由N值决定，当N值越大则分辨率越高。由Nyquist取样定理可知，要恢复理想波形，在理想低通滤波器的条件下，输出频率必须小于时钟参考频率的用50％，即fofL1时，通过把48 b频率控制字分成8 b+32 b+8 b，令最前面的8 b和最后面的8 b等于O，引入临界频率fL2，可由算式(1)计算得到：??? fL2=300000000*2 40/2 48△1.17172MHz?? 当fL1<fo≤fL2时，得到频率控制字计算公式为：FTW=(240*fo)／300 000 000△3 665．038 759*fo最后当fo大于fL2，即把后16 b定为0，这时式(1)中N=32，则频率控制字计算公式为：???

??? 此时频率分辨率为(300 000 000*216)／248△0．07 Hz。同理可得当输出频率小于fL1、大于fL1小于fL2时分辨率分别为1．07e一6 Hz和2．73e一4 Hz，本方案设计为输出频率低于1 MHz时分辨率为O．001 Hz，高于1 MHz时分辨率为O．1 Hz。由上可见此方法合理有效，解决了单片机48 b频率控制字算法，同时也达到了很高的频率分辨率和精确度。3 结 语??? 针对目前市场上的函数发生器存在的频带范围窄、精度不高、准确度低、频谱纯度差等缺点，设计了一款高精度高频数控函数信号发生器，该函数发生器具有频带范围宽、精度高、频谱纯度好、频率输出稳定等优点。经测试频率范围可以达到50 MHz，频率分辨率为0．001 Hz，并可以产生正弦波、FSK与BPSK波形。可应用于日常教学与科研工作中，在晶体滤波器测试、复杂通信系统测试、音频系统测试、高性能视频测试等领域有广泛的应用前景。