AD9852的嵌入式信号源的设计

基于AD9852的嵌入式信号源的设计

陈晓争　钟丹秋

摘　　　　要

频率合成技术是目前研制信号源的关键技术,文中介绍了一种基于直接数字频率合成技术的信号源的实现,信号产生选用DDS专用芯片AD9852,详细介绍了信号产生模块、人机交互模块和控制与数据处理模块的设计与实现,并给出了软件控制框图。利用该技术研制的信号源精度高、频率范围宽,结构简单、使用方便、交互性好,性能稳定可靠。关键词:DDS技术　AD9852　信号源

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DesignofEmbeddedSignalGeneratorBasedonAD9852

ChenXiaozheng　ZhongDanqiu

Abstract

Frequencysynthesizertechnologyisakeytothedevelopmentofsignalgenerator.Thispa2perintroducesasignalgeneratorbasedondirectdigitalfrequencysynthesizertechnology.SpecialDDSchip2AD9852isselectedforsignalgeneration.Detailsisgiventothedesignofthemoduleforsignalgeneration,moduleforman-machineinterfaceandmoduleforcontrolanddataprocess.Signalgeneratorthusdesignedfeatureshighaccuracy,widefre2quency,simplestructure,easytouseandhighreliability.Keywords:DDStechnology　AD9852　signalgenerator

一、引　　言

信号源是现代电子系统的重要组成部分,在通信、测控、导航、雷达、医疗等领域有着广泛的应用。当前电子测量仪器对信号源的频率稳定度和准确度的要求越来越高,以RC或LC自激振荡器方式的信号源已不能适应新的要求,频率合成与锁相技术的应用,可获得高

精度的信号源。目前,频率合成技术是研制信号源的最关键技术。

数字频率合成的概念于1971年由美国学者J.Tierney等人撰写的“ADigitalFrequencySynthesizer”一文首次提出。该文提出了以全数字技术,从相位概念出发直接合成所需波形

　　3　作者系南京熊猫仪器仪表有限公司工程师　33　作者系南京熊猫仪器仪表有限公司工程师

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的一种新合成原理。由于受到当时的技术和器件生产的,它的性能指标还不能与已有的技术相比,因此未受到重视。近年来,随着微电子技术的迅速发展,直接数字频率合成器(DirectDigitalFrequencySynthesizer简称DDS或DDFS)得到了飞速发展。它的优越性能和特点成为现代频率合成技术中的佼佼者。利用DDS技术可以得到高精度的频率,其相位分辨率高,频率范围宽,频率转换时间短,而且具有体积小、功耗低、可编程、控制灵活方便的特点。本系统采用专用DDS芯片AD9852实现。

系统技术参数如下:正弦波信号频率范围:1～100MHz;频率精度0.01Hz;频率转换速度1ms;输出幅度范围1～10V;调整幅度设定范围:10%、20%、30%、40%、50%、60%、70%、80%、90%、100%;调频信号频偏:5～10kHz;调制信号:50Hz～20kHz;具有ASK、PSK功能。

二、系　统　框　图

整个系统可分为信号产生、控制与数据处理、人机交互三大部分。系统框图如图1所

示。信号产生部分包括:DDS模块、低通滤波和信号调理电路;控制与数据处理模块由单片机实现,用于对AD9852进行高速调节;人机交互模块包括:键盘、键盘接口、液晶显示。

图1　系统框图

用户从键盘上输入命令,数据将显示在字符型LCD上,并通过单片机传输到DDS模块

上,AD9852在单片机的控制下产生相应的波形,经低通滤波滤除杂散信号后,通过信号调理电路输出所需波形。

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三、信号产生模块设计

11　DDS模块

DDS技术的基本原理就是将波形数据先存储,然后在频率数据k和基准脉冲fs的作用

下通过相位累加器从存储器中读出波形数据,经数模转换和滤波输出,其基本原理框图如图2所示。

图2　DDS技术基本原理框图

本系统采用专用DDS芯片AD9852,AD9852是AD公司生产的一种高性能新型DDS芯片,结合内部高速、高性能D/A转换器和比较器,具有多功能、可编程的频率合成功能。当提供给AD9852精确的频率时钟源时,AD9852将产生高稳定的正弦波或方波,可作为信号源广泛应用于测量、通信、雷达等电子系统中。AD9852的主要性能如下:

①含有最高为300MHz的内部时钟;②内含4～20倍可编程参考时钟倍乘器;③具有良好的动态性能:在100MHz输出时仍有80dB无杂散动态范围;④具有AM,FSK,BPSK,PSK,CHIRP等功能;⑤双向48位可编程频率寄存器,双向14位可编程相位寄存器;⑥有简化的控制接口:10MHz的串行两线或三线外围接口、100MHz的8位并行端口;⑦具有多路低功耗功能;可采用单端或差分参考时钟输入;⑧内置12位DAC幅度控制器,可以对输出信号幅度进行控制。

AD9852在内部时钟频率为300MHz时,其输出信号最高频率可达到150MHz,频率分辨

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率低于110×10Hz,频率转换时间最小值约010067us,这些指标完全能满足本系统的设计要求。

要使AD9852按照要求工作,必须对该芯片进行正确的设置。AD9852内部具有两类寄存器,分别是控制寄存器和数据寄存器。信号源的各项参数,如:信号频率、频率间隔、信号幅度等均在数据寄存器中设置。而工作模式、时钟频率、节能方式等在控制寄存器中设置。本系统选择SINGLE2TONE工作模式。该模式输出频率具有48位精度,输出幅度具有12位精度,且输出幅度可编程控制,输出相位具有14位精度,该模式可实现FM、AM、PM、FSK、PSK、ASK的功能。在触发方式上,选用外触发方式,由控制器将触发信号加到AD9852的引脚I/OUPDATECLK上,当有上升沿到来时,AD9852将按照控制寄存器和数据寄存器的设置进行工作。

21　低通滤波

AD9852所合成的信号直接由器件内部的余弦DAC输出,由于器件内部没有低通滤波

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器,因此输出信号不可避免的含有高频噪声,故要对其进行滤波处理,滤除不需要的取样分量,以便输出频谱纯净的正弦波信号。本系统选用了三级椭圆低通滤波器,可有效抑制120MHz以上的高频干扰。

31　信号调理

信号调理电路包括电压放大和功率提升两部分。

电压放大电路选用宽带运放AD8011来实现。AD8011为电流反馈型放大器,小信号放大且增益为1时,其带宽可达300MHz,可采用单电源5V或双电源±5V供电。在信号放大、高增益时,选取合适的外接电阻,亦可获得较宽的频带。

Ω,对小功率提升电路采用射频器件RF2317,其带宽可达3GHz,输入输出阻抗均为75信号有15dB的固定放大,输出信号功率最高可达+24dBm,采用9V或12V单电源供电。

41　其他波形实现AD9852具有FM、AM、PM、ASK、PSK等功能,在实际应用中可通过改变相应寄存器

的数值实现不同功能。通过动态修改频率控制寄存器中的K值可实现调频,输出频率为f0=(K2

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)

×fsysclk。

通过修改幅度控制寄存器的数值可实现调幅功能及ASK功能,当工作于ASK模式时,

只需将幅度控制寄存器的值按码流电平高低送全1或全0即可实现ASK功能。

PSK功能可通过赋给两个相位偏移寄存器适当值实现,二值PSK可赋两个相位偏移寄存

器分别为0和1/2最大值,对应相位偏移为0和π,由外部BPSK引脚输入调制信号,高电平选择相位偏移寄存器1,相位变化为0,低电平选择相位偏移寄存器2,对应相位变化为π。

四、人　机　交　互

人机交互部分包括键盘输入和液晶显示部分。

IC总线键盘接口芯片采用ZLG7290,该芯片最多可扫描个按键,其中可设置8个功

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能键。由于该芯片提供了双键互锁、连击键处理、功能键处理、键盘消抖动等功能,简化了2

外围电路的设计。同时,采用IC总线传输数据,降低了电路的复杂度,提高了数据传输的可靠性。

使用1923点阵的液晶显示器,以16点阵字符的方式,显示系统配置参数,输出频率,工作方式以及当前频率等信息。并采用串行数据的方式与微控制器进行通讯。

五、控　制　系　统

为了使系统能够实现高速自动频率切换、跳频等多种高级功能,要求控制系统能够对AD9852进行高速调节。因此,本系统采用NXP公司的高性能微控制器PLPC952,作为主

控系统的核心。该芯片的指令执行时间比标准的80C51快6倍,并且含有看门狗定时器、

2

IC总线、32位实时时钟RTC等丰富的片上资源。另外,该芯片还具有IAP(在应用编程)、ISP(在系统编程)和ICP(在电路编程)3种可选的编程方式,可完全满足整个系统在开发、应用和量产阶段中的应用需求。利用该芯片的JTAG接口,可方便地对系统程序进

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行调试,给系统开发带来了很大方便。

PLPC952具有多种时钟选项包括:内部71373MHzRC振荡器时钟、内部400KHz看门狗振荡器时钟、外部时钟源输入以及外部晶振输入。考虑到提高系统运行速度和降低外部电路复杂度,本系统在P310和P311脚连接12MHz晶振,作为微控制器的高精度外部时钟输入,由于PLPC952的指令执行时间只需要2～4个时钟周期,因此本系统运行速度等效于72MHz时钟的标准80C51系统。

系统资源分配如下:

将PLPC952的P010～P017作为微控制器与DDS之间的数据总线,P210～P217作为地址总线,P510～P517作为控制总线。PLPC952的P112、P113和P114与键盘接口芯片2

ZLG7290相连,其中P112和P113作为IC总线通信端口,P114作为外部中断1输入用来触发键盘处理子程序。P410,P411和P412分别作为CS,SCLK和SID信号线与液晶显示模块相连。本系统控制软件总体框图如图3所示。图3　控制系统软件总体框图

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六、结　　语

利用DDS技术可产生高稳定度的正弦波信号,可实现多种频率调制功能,该系统利用单片机对DDS芯片AD9852进行控制,简单方便,易于操作。同时该系统还有很大的扩展空间,如通过将频率分段调节和改变外围滤波电路的方法,可输出频率更高的信号,通过对不同输出波形的组合可设计成任意信号发生器等。总之,将DDS技术应用到信号源设计中是直接数字频率合成技术应用的一个重要方面,具有精度高、频率范围宽、频率转换时间短、体积小、功耗低、可编程、控制灵活方便的特点,是当前研制信号源的关键技术。参　考　文　献11　王秋生　王祈　孙圣和.直接数字合成调频信号的研究[J].仪器仪表学报,2000(4)21　杨乐平　李海涛　肖凯　杨磊.虚拟仪器技术概论[M].北京:电子工业出版社,

2003.31　(英)V.

1979.

41　TechnicalDataSheet.AD9852,AnalogDevicesInc.,2002

F.克罗帕频率合成理论.设计与应用[M].北京:国防工业出版社,

熊猫集团积极推动产学研合作成果显著

　　为全面展示江苏省产学研活动的丰硕成果,认真总结科技成果转化专项资金工作取得的

显著成绩,充分发掘江苏省在推进产学研合作,促进自主创新方面的巨大潜力,加快形成以企业为主体、市场为导向、产学研相结合的技术创新体系,江苏省首届产学研合作成果展示洽谈会在南京隆重举行。

熊猫集团近年来为促进企业又好又快发展,大力促进科技创新,积极推动产学研合作,并且取得了一批重要成果,与东南大学合作的荫罩式PDP显示技术产业化项目得到国家科技部和省、市的高度重视和大力支持,目前已建成投入试运行;与东南大学合作的基于多网融合技术的TD—SCDMA多模终端的研制和产业化项目获得重要进展,今年8月份参加移动通信首次招标,以20%的份额中标;与南京理工大学合作的地铁自动售票机研发项目,在南京地铁项目建设中发挥了重要作用。

(摘自《电子工人报》第1595期)