基于嵌入式的信号发生器的设计doc

滨江学院

学年论文

题目基于嵌入式的信号发生器

院系电子工程系

专业电子信息工程

学生姓名马磊

学号20112305068

指导教师张秀再

目录

1引言 (1)

2 方案提出及工作原理.......................................

2.1方案提出

2.2工作原理

3 系统设计与实现 (2)

3.1总体结构

3.2主控电路

3.3信号调理电路

4 系统软件设计 (3)

5 系统调试及运行结果分析 (4)

6结束语...................................

参考文献..................................

基于嵌入式系统的信号发生器

摘要：本文采用直接数字频率合成技术，设计了一种采用以AD9833为核心的信号源，由lpc2131对输入数据进行处理,，进而执行对DDS 芯片编程，控制产生所需的频率、相位和波形信号，可产生方波，正弦波，三角波,并由LCD 显示各种信息，最后详细分析了该信号发生器的系统结构、软硬件设计和具体实现电路。

关键词：AD9833，LPC2131，直接数字频率合成

1引言

信号源是现代电子系统的重要组成部分，在通信系统以及各种电子测量技术中，常常需要一个高精度的频率可变信号源，而且一般要求数字可控。随着现代通信技术不断的发展，对信号源的输出波形种类、频率范围、分辨率、精确度等提出很高的要求。

频率信号发生装置一般利用一个或多个标准信号产生多种频率信号。实用基本频率合成技术主要有PLL锁相频率合成和直接数字频率合成（DDS）两种，PLL 频率合成结构简单，频谱纯度高，但高分辨率对应频率转换时间较长，一般只用于大步进频率合成技术中[1]。直接数字频率合成技术从“相位”的概念出发进行频率合成，采用这种方法设计的信号源可工作于调制状态：不但能输出各种波形，而且可对输出电平进行调节，具有频率分辨率高、转变速度快、输出相位连续、相位噪声低、可编程和全数字化、便于集成等突出优点被广泛应用于通信与电子测量系统中[2]。本文采用ARM微处理器LPC2131 为主控与DDS 频率合成芯片AD9833 结合设计了一种频率合成信号源。

2 方案提出及工作原理

2.1方案提出

该信号发生器以AD9833为核心，采用ARM控制产生正弦波，三角波，方波，并能进行波形复合。

AD9833是一款采用DDS技术、低功耗、可编程波形发生器[4]，器件采用MSOP封装，非常小巧，外围电路简单，仅需要1个外部参考时钟、一个低精度电阻器和一个解耦电容器，通过SPI接口和单片机相连，编程可生成正弦波、三角波、方波。输出频率和相位都可通过编程易于调节AD9833内部电路主要有数控振荡器(NCo)、频率和相位调节器、正弦只读存储器(sineROM)、数模转换器(DAC)、电压调整器。其核心是28位的相位累加器，它由加法器和相位寄存器组成，每来1个时钟，相位寄存器以步长增加相位寄存器的输出与相位控制字相加后输人到正弦查询表地址中。正弦查询表包含1个周期正弦波的数字幅度信息，每个地址对应正弦波中0°-360°。范围内的1个相位点。查询表把输人的地址相位信息映射成正弦波幅度的数字量信号，驱动DAC输出模拟量。相位寄存器每经过2脚M个MCLK 时钟后回到初始状态，相应的正弦查询表经过一个循环回到初始位置，这样就输出了一个正弦波。

相对于其他信号波形产生技术，DDS技术具有输出信号的采样频率固定、频率稳定性高、信号频率转换时间输出相位连续、全数字化、可编程和易于控制等优点具体如下频率切换时间短 DDS的频率转换可以近似认为是即时的，这是因为它的相位序列在时间上是离散的，在频率控制字K改变以后，要经一个时钟周期之后才能按照新的相位增量累加，所以也可以说它的频率转换时间就是频率控制字的传输时间，即一个时钟周期Tc＝1/fclk。如果.fclk=10MHZ，转换时间即为100ns,当时钟频率进一步提高，转换时间将会更短，但再短也不能少于数门电路的延迟时间。目前，集成DDS产品的频率转换时间可达10ns 的量级，这是目前常用的锁相频率合成技术无法做到的。

(2)频率分辨率高 DDS的最小频率步进量（频率分辨率）就是它的最低输出频率，只要累加器有足够的字长，实现非常精密的分辨率没有多大的困难。例如可以实现Hz,mHz甚至nHZ的频率分辨率，而传统的频率合成技术要实现这样的频率分辨率十分困难，甚至是不可

能的。

(3)相位变化连续 DDS 改变输出频率实际上改变的是每次的相位增量，即改变相位的增长速度，相位函数的曲线是连续的，只是在改变频率的瞬间其斜率发生了突变，因而保持了输出信号相位的连续性。这在很多对频率合成器的相位要求比较严格的场合使用。

2.2工作原理

直接数字频率合成，通过数控振荡器（NCO ）产生一个频率/相位都可调的正弦波，正弦的数字信号再通过一个D/A 转换器转成模拟量。目前广泛使用的一种DDS 方式工作原理 如图

CZZ

Dds 工作原理图

相位累加器在每个时钟到来时，与频率控制码所决定的相位增量累加一次，计数大于2N （N 是相位累加器的位数）则自动溢出。通过正弦查找表实现从相位值到正弦幅值的转变： 根据输出到正弦查找表地址上的相位值，得到数字正弦信号，输入到内部高速数模转换器，产生模拟正弦波输出。最后通过低通滤波器可产生出纯净的波形。可见DDS 技术其实是

利用现行相位容易实现累加这一特点，以线性相位累加值为地址，取出存储在ROM 表中对应的非线性幅值。

设系统参考时钟频率为fclk ，相位累加器字长为N ，则 DDS 的输出频率为：

´ / fout k fclk N =

（1)其中，k 为频率控制字，由控制程序设定。通常固定时钟频率fclk 与相位累加器的位数N ，因此输出频率便由k 确定。

相位调制寄存器为M 位，通过改变其初值Dphase ，可 方便地实现输出波形的初相角Ф的调制： 360

m

phase φ=∆

（2）系统采用高精度、低功耗串行接口DDS 芯片AD9833，其内部相位累加器为28位，内部DAC 为10 位，主频时钟信号的频率最高为25 MHZ ，在这个工作频率下，分辨率由公式

（1）可得： 28min clk f = f / 2 为0.1HZ 。根据Nyquist 采样定律，重建信号频率

参考频率源

相位累加器 正弦波查找表

低通滤波器

数模转换器