DDS信号发生器外文资料翻译--基于DDS和单片机数字控制信号发生器的设计

[5] Koukourlis C. S., Voulgaris N. C., “A Digital Method for Sinewave Generation.” Archiv fur Electrotechnik, 72, pp 327, (1989).

[6] Koukourlis Chr. S, Trigonidis V. K., Sahalos J. N., “Differential Synchronous Demodulation for Small Signal Amplitude Estimation.”, IEEE Instrumentation and Measurement, 42, No. 5, pp 926, (1993).

基于DDS和单片机数字控制信号发生器的设计

关键词: DDS; MCU;信号发生器;相位累加器;DAC

摘要: 它的优点，使用DDS芯片输出信号的频率更大，精度更高，但用户不能改变输出信

号的波形。MCU可以产生所需的任意波形，但其程序执行的顺序限制速度。因此，我们利用它们之间的协同设计数字控制信号发生器。该系统的优点是输出质量好的精度和稳定性，波形，频率和高频率的，空的振幅和相位是步入需要。

介绍

数字合成的正弦波形（直接数字频率合成器DDS）是一种公知的方法已被应用到许多嵌入式应用[1]。这种技术可以用来创建一个积极的数字正弦波形。其它频率合成方法相比, 直接数字频率合成器（DDS）一直以其优良的特性在现代频率合成技术中最流行的趋势。DDS技术实现信号源，可以进行精确控制DDS的频率，程度，相输出波形的数值控制电路等,系统利用这种方法有许多优点，如安定，可靠和准确度。

商业DDS芯片只能导出一个正弦波因为ROM表中的数据形式已经被凝固。如果需要进入任何波形，它可能会真正的由FPGA采用DDS的IP核或硬件描述语言等方式来实现，然而, 这种方式成本费用高;另一方面，可以任意波形通过开展数字频率结合使用的微控制器单元（MCU）和DA转换实现。实验和应用测试表明，数控信号源所组成的STM32微控制器和DDS芯片可以很好地工作。

DDS和波形编程模式

DDS系统的核心是相位累加器的框架，它是由一个ADR和一单位相位寄存器组成的。当任何时钟到来时，相位寄存器增加步长，相寄存器的输出与相位控制字相加，然后输出导入到正弦查询形成地址。

正弦查询表格包含一个周期正弦波，每个数字幅度信息地址对应于0?360度的正弦波的相位点。测绘数字信号驱动DAC并模拟输出值。输出正弦波周期和频率是:

相位寄存器将返回到原来的状态时，2N/ M fc时钟完成。因此，DDS系统输出一个正弦

波的正弦查询表时，完成一个周期。输出正弦波的周期和频率为TO - 输出正弦波周期，单位：秒; TC - 外部参考时钟周期，单位：秒; M - 相位寄存器累计步长，恒定f输出 - 输出正弦波频率，单位：赫兹; fc - 外部参考时钟频率，单位为赫兹; N - 相位累加器的位数，不变。频率控制字和输出信号的频率与参考时钟频率之间的关系是：

频率控制字与输出信号的频率成正比。为了描述清楚，正弦波的形式是一个向量转换的相位周期，相位周期与正弦波的一个周期相匹配。在波形里的每个采样点对应一个相位点的相位周期。

合成所需的频率信号，它需要完成以下步骤：

1.控制每个采样相位增量和积累（频率控制字K），输出2 pi累计相位（使用相位累加器）。

2.转换成相应的正弦振幅2 pi积累阶段，使用ROM来存储相应的相位幅度的一般正弦函数形式。

3.采用DAC代码转换成模拟信号电压变化幅度。

4.电压信号，DAC出口是阶梯波的形式，实现所需的模拟电压输出低通滤波器平滑后的电压。

数控DDS信号源系统设计分析

系统使用STM32作为控制核心和AD9850作为发生器。STM32是基于ARM的32位微控制器与128 K字节的闪存。

STM32的两个信号输出，可以实现同时通过控制AD9850的和DAC0832输出。该系统的设计的框图如图1所示。一个信号输出通过控制AD9850，可产生30 MHz正弦波和矩形波，其他输出的任意波形及其频率低于10千赫是通过频率数值混合器DAC0832产生的。

图1 系统设计框图

硬件设计

AD9850的模块

AD9850包含DDS系统和高速比较器。 AD9850可以实现对整个数字频率相结合。可编程的DDS的核心是相位累加器，它是由ADR和一个N位相位寄存器组成，N为24?32。

连接到精确的时钟源和写入频率相位控制字后，AD9850的可以产生可编程频率和相位可编程的模拟正弦波输出波，这可以用来作为直接的高频信号源，或者通过高速比较器被转移到矩形波。

通过125 MHz时钟，32位频率控制字可以把AD9850的输出频率分辨率展开到0.0291赫兹[4]。

DAC0832模块

电路是通过DA从STM32向DAC0832输出相位数据表并得到相应的波形。一步一步的调节相量，可以创建任意的频率，PWM信号通过低通滤波器从STM32传输到相应的电压，因此，DAC0832的参考电压是被控制的，而且，输出的波形幅度调节适当。数字到模拟转换电路，如图2所示: