基于AD9833的高精度可編程波形發(fā)生器系統(tǒng)設(shè)計

1 引言
    頻率合成器在通信、雷達(dá)和導(dǎo)航等設(shè)備中既是發(fā)射機的激勵信號源，又是接收機的本地振蕩器；在電子對抗設(shè)備中可作為干擾信號發(fā)生器；在測試設(shè)備中則作為標(biāo)準(zhǔn)信號源。因此頻率合成器被稱為許多電子系統(tǒng)的“心臟”。而設(shè)計高精度，易于操作的頻率合成器則是核心，因此，這里提出了一種基于DDS AD9833的高精度波形發(fā)生器系統(tǒng)解決方案。用戶可直接編輯設(shè)置所需的波形頻率和峰峰值等信息，利用串口將配置信息發(fā)送到電路板，實時控制波形。該系統(tǒng)設(shè)計已成功應(yīng)用于某型雷達(dá)測速儀測試設(shè)備。
 

2 AD9833簡介
    AD9833是ADI公司的一款低功耗、DDS器件，能夠輸出正弦波、三角波、方波。AD9833無需外接元件，輸出頻率和相位可通過軟件編程設(shè)置，易于調(diào)節(jié)。其頻率寄存器為28位，主頻時鐘為25 MHz時，其精度為0．1 Hz；主頻時鐘為l MHz時．精度可達(dá)0．004 Hzt2。
    AD9833內(nèi)部有5個可編程寄存器：1個16位控制寄存器，用于設(shè)置器件_T作模式；2個28位頻率寄存器和2個12位相位寄存器，分別用于設(shè)置器件輸出正弦波的頻率和相位。AD9833有3根串行接口線，可與SPI，QSPI，MICRO-WIRE和DSP接口標(biāo)準(zhǔn)相兼容。在串口時鐘SCLK的作用下，數(shù)據(jù)是以16位方式加載至設(shè)備。
    AD9833的內(nèi)部電路主要有數(shù)控振蕩器(NCO)、頻率和相位調(diào)節(jié)器、SineROM、D／A轉(zhuǎn)換器、電壓調(diào)整器。AD9833的核心是28位的相位累加器，它由加法器和相位寄存器組成，而相位寄存器是按每個時鐘增加步長，相位寄存器的輸出與相位控制字相加后輸入到正弦查詢表地址中。正弦查詢表包含1個周期正弦波的數(shù)字幅值信息，每個地址對應(yīng)正弦波中O?！?60°內(nèi)的1個相位點。查詢表把輸入的地址相位信息映射成正弦波幅值的數(shù)字量信號，驅(qū)動D／A轉(zhuǎn)換器輸出模擬量。
    輸出正弦波頻率為：

   
式中：FREQREG為頻率控制字，由頻率寄存器FREQOREG或FREQlREG的值給定，其范圍為0≤M<228一1。fMCLK為參考時鐘頻率。
    輸出正弦波的相位為2π／4 096xPHASEREG，其中PHASEREG是所選相位寄存器的值。輸出正弦波的峰峰值固定．約600 mV，且正弦波不是標(biāo)準(zhǔn)正弦波，即波谷是0 V，而不是負(fù)電壓。因此，輸出正弦波為：
   
式中：K約600 mV，與器件內(nèi)部參考電壓有關(guān)。

3 系統(tǒng)設(shè)計
    圖1為基于PC控制的高精度波形發(fā)生器系統(tǒng)框圖。由于晶體振蕩器將直接影響頻率穩(wěn)定度和頻率波動，因此，采用電壓型控制晶體振蕩器，其頻率穩(wěn)定度高達(dá)+20 ppm，溫度補償晶體振蕩器可達(dá)±1~+20 ppm，恒溫箱晶體振蕩器和數(shù)字補償晶體振蕩器小于±l ppm?？紤]性能和成本因素，采用溫度補償型控制晶體振蕩器。

    模擬多選器采用ADI公司的ADG704．該多選器具有4個輸入端，1個輸出端。利用2個電平信號組合進(jìn)行選擇，方便與處理器I／O端口連接。3個輸人信號分別是DDSl、DDS2的輸出信號，以及這兩者輸出信號相疊加后的輸出信號。模擬多選器輸出這3個輸入信號的其中之一。通過MCU可控制模擬多選器選擇3個信號的輸出。[!--empirenews.page--]
    為了控制輸出正弦波峰峰值，引入數(shù)字電位器，實現(xiàn)對輸出信號的分壓，通過調(diào)節(jié)數(shù)字電位器抽頭位置．改變抽頭電壓值。采用ADI公司的AD5160型數(shù)字電位器，該電位器具有256抽頭，SPI接口，便于與處理器相連接，其連接圖如圖2所示。

MCU采用基于ARM7內(nèi)核的LPC2132控制器，其具有2個UART接口，1個SPI接口和1個SSP接口。其中1個UART接口用于連接RS232電平轉(zhuǎn)換器，SPI接口用于連接2個數(shù)字電位器，而電位器的SLCK，MOSI，MISO引腳相連．其片選信號連接控制器的I／O端口；控制器的SSP接口連接2個DDS，其連接方法與數(shù)字電位器類似。
    該系統(tǒng)設(shè)計具有RS232接口．用戶可編程設(shè)置DDS的輸出頻率、初始相位、峰峰值，以及選擇2路信號獨立輸m或疊加的輸出等。這些配置信息通過RS232接口上傳至MCU。MCU根據(jù)輸出頻率、初始相位設(shè)置DDS；并根據(jù)峰峰值設(shè)置數(shù)字電位器；根據(jù)兩路信號的獨立輸出或疊加的輸出設(shè)置模擬多選器。
    該系統(tǒng)設(shè)計實現(xiàn)：2路獨立的正弦波輸出，以及兩者疊加輸出，可分別獨立斷開；輸出正弦波頻率，初始相位、峰峰值、信號通斷均由用戶編程設(shè)置控制。輸出正弦波最大頻率高于100 kHz，調(diào)節(jié)細(xì)度為0．004 Hz，輸出的正弦波峰峰值為0～500 mV，調(diào)節(jié)細(xì)度為2 mV；輸出信號頻率的穩(wěn)定度小于10 ppm，頻率誤差小于O．0l Hz，頻率波動小于1×10-3/h。由于DDSAD9833輸出波形的峰峰值固定，該系統(tǒng)成功解決峰峰值設(shè)置問題。利用上位機軟件可靈活設(shè)置所需波形的峰峰值、頻率等。與通用信號源相比，該系統(tǒng)設(shè)計減少了按鍵面模板以及液晶顯示的成本．將面模板的模擬控制改為PC的數(shù)字控制．提高系統(tǒng)抗干擾能力。圖3為上位機軟件界面，上位機軟件采用VB編程，利用微軟：MSCOMM控件實現(xiàn)。

4 結(jié)束語
    以AD9833為頻率信號源的核心實現(xiàn)高穩(wěn)定度、高精度、高分辨率的信號發(fā)生器系統(tǒng)。該系統(tǒng)設(shè)計與一般信號源相比，體積縮小，設(shè)計和使用靈活方便，已成功應(yīng)用于某型雷達(dá)測速儀測試設(shè)備。因此，基于AD9833的各類信號源必定有著廣闊的應(yīng)用前景