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基于AD9854的正交扫频信号源实现方案.doc

发布时间：2022-06-06 发布人：admin 分类：说明书 资料大小：0.13M 资料格式：doc 举报 版权申诉
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    基于 AD9854 的正交扫频信号源 一、 技术介绍 DDS 技术 D9854 中使用的 DDS 技术是根据奈奎斯特采样定律，从连续信号的相位出发将一个正 弦信号取样、量化、编码，形成一个正弦函数表，存于 EPROM 中；合成时，通过改变相位 累加器的频率控制字来改变相位增量。相位增量不同，一个正弦周期内的采样点数不同。在 时钟频率即采样频率不变的情况下，通过相位的改变来实现频率的改变，计算公式为
    P   2 f  t t ，经转换得 f  P 2/(  fP  t ( ) 2/)  CLK 。其中 P 为相位变 化，为角频率， t 为时钟周期， CLKf 为时钟频率。由式中可知，改变相位值 P ，就可 改变合成信号的频率 f 。由于 N 位相位累加器对 2 进行量化，即对 2 取 2N 个点，则 P ( f  Wf ，其中 FCW 为频率控制字，取值为 0～ 可取 0～2N-1。将其代入得 2N-1。将这种变化的相位/幅值量化的数字信号通过 D/A 转换即可得到合成的相位变化的模 拟信号频率。 二、 整个框架 2/) CLK  FC N 键盘 电源 电源 MCU AD9854 LCD 三、 各模块设计 1、MCU 电源 5V (12V 转 5V) 1N4007：稳压二极管 稳压二极管的白色的那一端为正极，利用 1N4007 反向击穿特性实现稳压，因而从阴极 输入。测试得，输入 VCC12=12.29V , 输出为 VCC5=5.05V。 2、AD9854 电源 3.3V（5V 转 3.3V） MBR360：肖特基二极管，反向耐压 60V，正向最大连续电流 3A，瞬间峰值电流 80A ，在 3A 正向电流下的压降（典型值）是 0.74V。
    3、AD9854 芯片结构及工作模式 AD9854 是美国 AD 公司采用先进的 DDS 技术生产的具有高集成度的电路器件。 它内部集成了 48Bit 频率累加器、48Bit 相位累加器、正余弦波形表、高速、高性能的 正交 D/A 转换器以及调制和控制电路，能够在单片机上完成频率调制、相位调制、幅 度调制和 IQ 正交调制等多种功能。当输入一个准确的参考频率，AD9854 就产生一个 高稳定的频率、相位、幅度可编程调制的正弦和余弦信号，作为本机振荡器用于通信、 雷达等方面。AD9854 的 DDS 内核具有 48Bit 的频率分辨率，相位截断 17Bit 保证了优 良的无杂散动态比（SFDR）指标。同时，AD9854 内部还含有可编程控制的时钟乘法 器，这可以使用户采用相对较低频率的振荡器通过乘法电路实现从 4 到 20 的整数倍频 成为系统时钟信号，其内部时钟速率最大可达 300MHz。 AD9854 有五种工作模式，分别为 Single－Tone（Mode 000）、FSK（Mode 001）、Ramped FSK（Mode 010）、Chirp（Mode 011）和 BPSK（Mode 100），模式选择可在控制寄存器 里进行修改。在这五种模式中，Single－Tone 模式是最为灵活的一种，也是主复位后的 默认模式。通过该模式可以根据需要任意设定输出信号的频率、幅度和相位等特性。在 FSK 模式下，其输出信号的频率可根据引脚 P29 的电平高低在频率控制字 F1 和 F2 之 间选择，而其相位则由相位控制字 P1 决定，频率跳变时相位保持连续。Ramped FSK 模式与 FSK 的不同之处在于：F1 和 F2 分别存储低频率和高频率，输出从 F1 到 F2 扫 描，扫描间隔和速度可以控制，控制寄存器中既可提供单独控制位以实现自动三角形扫 频过程，也可改变扫频速度以实现非线性扫频。Chirp 模式是在指定的频率范围和频率 精度上，频率可以是线性或非线性变化输出，而且扫频方向可控。与 Ramped FSK 模式 相比，该模式需要用户自己通过“HOLD”（P29 高电平）控制停止频率点，同时控制停 止后的状态。BPSK 模式的工作方式几乎和 FSK 完全相同，只是 BPSK 模式将频率 F1 和 F2 之间的切换变成了相位 P1 和 P2 之间的切换，引脚 P29 低电平时选择 P1，高电平 时选择 P2。此外，还要通过频率寄存器对输出信号的频率进行控制。 4、信号的产生及显示控制（MCU） 系统采用的单片机控制芯片是台湾 Winbond 公司的 W78E58 芯片，它是 51 系列单片机 兼容的微控制器，其内部有 32KB 的 FLASH EEPROM。它的一个机器周期是 4 倍的振荡周 期，执行同一条指令的时间只是普通的 8051 单片机的 1/3，因此指令操作更加快速。本文设 计中，W78E58 的参考时钟由 20MHz 的晶体振荡器产生，同时也把它作为 AD9854 的输入 时钟，再经过内部乘法电路 15 倍频后达到 300MHz 的系统时钟。AD9854 有 10MHz 串行接 口和 100MHz8 位并行接口 2 种方式可以选择，此处将 S/P SELECT（Pin 70）引脚接高电平，
    选择并行传输方式。如图 2 所示，W78E58 的 P0.0 至 P0.7 端口与 AD9854 的 D0 至 D7 端口 相连传输数据信息，P2.0 至 P2.5 端口与 A0 至 A5 端口相连传输寄存器地址信息，P3.6、P3.7 分别与 WR、RD 两个引脚相连控制读写操作，由这三部分共同组成并行传输控制。例如， 当 WR 引脚置低电平时，频率控制字通过数据端口送入 I/O 缓冲寄存器，再由内部的刷新时 钟把控制字写入指定地址的寄存器。为节省单片机 I/O 口，简化硬件线路，本文采用矩阵式 键盘，并结合软件编程，实现双功能键。键盘共设有 16 个键，由 P1.0～P1.3 四条行线和 P1.4～ P1.7 四条列线构成。其中包括数字键、单位键及功能键，用来对所需信号的频率、幅度及功 能进行控制，最后输出的信号频率、幅度等信息通过液晶显示屏显示出来。显示部分采用国 显公司的 GXM1602NSL 液晶模块，它的核心是 HD44780。与 W78E58 的数据传输采用 8 位并行传输，可显示两行共 32 个点阵字符。HD44780 支持用户自定义字符，故可以通过编 程将频率、幅度、波形等汉字及数字信息显示出来。本文设计中还采用了通信接口（RS232） 与 PC 机相联，PC 机的控制命令可以通过 TXD（Pin10）和 RXD（Pin11）与 W78E58 进行 交互，控制信号源的输出。 5、系统软件设计 在仪器的整个设计中，对系统软件的设计采用模块化设计的方法。系统软件由主监控软 件、键盘显示器管理模块、外设中断管理处理模块、各功能模块和数据处理模块构成。上电 复位后仪器首先进入监控主程序。它的任务是识别命令、解释命令，并获得完成该命令的相 应模块的入口，起着引导仪器进入正常工作状态。系统的软件用 C 语言设计，相对于汇编 语言，C 语言对机器底层硬件操作较为方便，模块化程度高，可读性与可移植性好。 下图对 AD9854 进行初始化控制时，首先，MASTER RESET(Pin71)脚必须置高 10 个系统 周期以上,然后对 AD9854 写入控制字。一旦设定后，AD9854 将保持设定状态不变，直到重 新进行设置。AD9854 通过内部一个地址范围为 00H～27H 的寄存器表存储有关的各种控制 字和状态字。用户可通过 I／O 与该寄存器表进行通信，I／O 缓冲区的内容必须在更新脉冲 的作用下才能刷新到寄存器表中，这样可以很好地达到同步。寄存器表中 00H、01H 和 02H、
    03H 单元分别存放 14 位的相位控制字 1 和相位控制字 2，它决定了输出信号可编程控制的 相位精度即最低相位为 PMIN＝360 度／214＝0.022 度。04H～09H 和 0AH～0FH 单元分别存 放 48 位的频率控制字 1 和频率控制字 2，它决定了输出信号可编程控制的频率精度即最低 频率为 f MIN＝300×106／248＝1.066×10－6Hz 。AD9854 的五种工作模式选择字存放在寄存 器表 1EH 单元。当 AD9854 工作在 Chirp 模式下时，基本编程步骤如下：（1）将初始频率控 制字 WFC 写入 48 位 FTW1（Frequency Tuning Word 1）中。 （2）将频率步进量写入 48 位 DFW（Delta Frequency Word）中。（3） 将时间步进量写入 20 位 RRC（Ramp Rate Clock）中。（4）更新脉冲刷新数据。 部分源程序如下： …… P2=0x04； 寄存器地址为 04H P0=0x2A； 输出频率为 50MHz P3.6=0 P3.6=1 P2=0x1F； 寄存器地址为 1FH P0=0x86； 工作模式为 011 P3.6=0 P3.6=1 …… P2=0x1E； 寄存器地址为 1EH P0=0x4F； 系统时钟为 20MHz 的 15 倍频即 300MHz P3.6=0 P3.6=1
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