基于AD9850的嵌入式信号源设计与实现

ｐ ａ ｅ ａｄ ｓｇ ｒ ｐ ｓ ｌ ｆｔ ｅ ｓｎ ｎ ｑ ａ ｅｗａ ｅｏ ｍ ｅ ｅ ａ ｏ ， ａ ｅ ｎ ｔ ｅ ＤＤＳ ｃ ｉ ｈ ｓ ， ｅ ｉｎ ｐ ｏ ｏ ａ ｏ ｈ ｉｅ ａ ｄ ｓ ｕ ｒ ｖ ｆ ｒ ｇ ｎ ｒ ｔ ｒ ｂ ｓ ｄ ｏ ｈ ｈ ｐ ＡＤ９ ５ ｎ ｈ ｌ ａｏ —ｐ ｗｅ ｃ ｏ ８ ０ ａ ｄ ｔ ｅ ｕ ｔ ｌｗ ｒ ｏ ｒｍｉ — ｒ
ｇｅ ｒ ｔ ｒｄｅ ｉｎ ｄ ｈａ ｉ ｈ ａ ｃ ａ ｙ， ｄｅ ｆｅ ｕｅ ｙ， ｉ ｐｅ ｔｕ ｔ ｅ， ａ ｙ ｔ ｅ ａ ｄ ｈｉｈ ｒ ｌ ｂ ｌ ｙ ｎｅａ ｏ ｓｇ ｅ ｓｈ ｇ ｃ ｕｒｃ ｗｉ ｒｑ ｎｃ ｓｍ ｌ ｓｒ ｃ ｕｒ ｅ ｓ ｏ ｕｓ ｎ ｇ ｅｉ ｉｉ ．Ｔｈ ｔ ｔｓｇ ａ ａ ｔ ｂｅ ａ ｔ ｅ ｏｕ ｐｕ ｉｎ ｌｈ ｓ ｓ ａ ｌ ｆｅ ｕｅ ｃ ｎ ｓｎ ｖｏ ｉｔ ｒｉ ． ｒｑ ｎ ｙ ａ ｄ ｈａ ｏ ｏｂ ｉｕｓｄ ｓｏ ｔｏｎ Ｋｅｙ ｗｏｒ ｓ： ｄ ＤＤ Ｓ； Ｄ９ ０； ＳＰ４３０ ４９； ｉ Ａ ８５ Ｍ Ｆ１ ｓｇｎａ ｎｅ ｏ ｌｇｅ ｔ ｒ
０ 引 言
合成 技术 （ ｒｃ ｇｔｌ ｒｑ ｅ ｃ ｙ ｔ ｅｉ， ＤＳ Ｄｉ ｔ ｉ ｅ ｕ ｎ ｙＳ ｎｈ ｓｓＤ ）是 ｅ Ｄｉ ａ Ｆ
从 相位 概念 出发 直接 合 成 所需 波 形 的 一 种新 的频 率 合 成技 术 。Ｄ ＤＳ技术 具有 相对 带 宽宽 ， 率转 换 时 间短 ， 频
该设计采用直接数字频率合成 （ Ｄ ） 术 ， Ｄ ｓ技 使用
ＤＤ Ｓ芯片 ＡＤ９ ５ ８ ０与 超低 功耗 的 ＭＳ ４ ０ １ ９单 片机 Ｐ３Ｆ ４ 配合 ， 可输 出 精 确 控制 的正 弦 波 和 方 波信 号 。ＡＤ ８ ０ ９ ５
或 Ｉ Ｌ ０ ８集 成芯 片 外 接 分 立 元 件 ， 过 调 节 外 接 电 Ｃ ８３ 通 容或 电阻来设 置 输 出信 号 频率 ， 其输 出信 号受 外部 分立
（ ｏ ｌｇ ｆＩ ｓｒ ｍｅ ｔ ｔ ｎ ａ ｄ Ｅｌ ｔ ｉ ｌ ｎ ｎ ｅ ｉｇ Ｊｌ ｉｅｓｔ Ｃｈ ｎ ｃ ｕ ， ３ ０ １ Ｃｈｎ ） Ｃ ｌ ｅｏ ｎ ｔｕ ｎ ａ ｉ ｎ ｅ ｒｃ ｇ ｅ ｒｎ ， ｉｎ Ｕｎｖ ｒｉ ｅ ｏ ｃ ａ Ｅ ｉ ｙ。 ａ ｇ ｈ ｎ １ ０ ２ ， ｉａ
信号 源是 现代 电 子 系统 的重 要 组 成 部 分 ， 通 信 、 在 测控 、 航 、 达 、 导 雷 医疗 等 领域 有着 广 泛 的应 用 ， 且 信 而
频率 分辨 率 高 ， 换 时相 位 能 保 持连 续 等 优 点 ， 实 现 切 能
各 种 调制 波和 任 意波形 的产 生 ， 于实 现全 数字 化 的设 易 计 。广泛 用于 高精 度频 率合成 和 任意信 号 发生 。
器 件参 数 的影 响很 大 ， 输 出 信 号频 率 不 能 太 高 ， 且 同时
是 ＡＤ 公 司推 出的低 功耗 直接 数字 频率 合成 器芯 片 ， 可 以产 生从直 流 到 ６ ． ２ ５ＭＨｚ的宽频 率信 号 ， 投放 市场 从
至 今 已 广 泛 应 用 于 雷 达 系 统 、 功 耗 频 率 源 中； 低
信 号 频 率 稳 定 ， 明显 波 形 失 真 。 无 关 键 词 ： Ｄ ； Ｄ９ ５ ； Ｐ ３ Ｆ ４ ； 号 源 Ｄ Ｓ Ａ ８ ０ ＭＳ ４ ０ １文 章 编 号 ： ０ ４～ ７ Ｘ ２ ０ ） ６— ４ —０ １０ ３ ３ （ ０ ９ １ ０ ７ ４
《 现代 电子 技术） ０ ９年 第 １ ２０ ６期总 第 ３ ３期 ０
计 算机 应周 技术
基于 Ａ ９ ５ Ｄ ８ ０的嵌人 式信 号源设计与实现
吴 海 超 ， 斯 瑞 邢
（ 林 大 学 仪 器 科 学 与 电气 工 程 学 院 吉 摘 吉林 长 春 １０２） ３０ １
要 ： 率 合 成技 术 是 目前 研 制 信 号 源 的 关 键 技 术 ， 此 给 出一 种 基 于 直接 数 字 频 率 合 成 （ Ｄ ） 片 Ａ ８ ０和 超 低 频 在 Ｄ Ｓ芯 Ｄ９５
ｔ ｄ Ｔｈ ａ ｉ ｐ ｎ ｉｌ ｆ ｅ ． ｅ ｂ ｓ ｒ ｃｐ ｅｏ ｃ ｉ ＤＤＳ，ｈ ａ ｄ ｒ ｏ ｎ ｃ ｉｎ ｃｒ ｕｔｏ Ｓ ４ ０ ａ ｄ ＡＤ９ ５ ｔ ｅ ｗａ ｌ ｎ ｔ ｈ ｘ ｄ ａ ｄ ｎ ｉｅｓｇ ｔ ｅｈ ｒ ｗａ ｅｃ ｎ ｅ ｔ ｉ ｉ ｆ ｏ ｃ Ｍ Ｐ ３ ｎ ８ ０，ｈ ｙｔ ｅｉ ａ ｅｔ ｅ ｍｉ ｅ ｎ ｏ ｓ ｉ— ｏ ｍｉ ｎ ｌ ａ ｄ ｓ ｆｗａ ｅ ｄ ｓ ｎ ｏ ｈ ｏ ｅ ｓ ｓ ｅ ａ ｅ ｉ ｔｏ ｕ ｅ ．Ｔｈ ｏ ｇ ｘ ｅ ｍｅ ｔ ｅ ｔ ｇ，ｔ ｃ ｎ ｂ ｅ ｎ ｔ ａ ｈｓ ｋ ｎ ｆｓｇ ａ ａｓ ｎ ｏ ｔ ｒ ｅ ｉ ｆ ｔ ｅ ｗｈ ｌ ｙ ｔｍ ｒ ｎ ｒ ｄ ｃ ｇ ｄ ｒ ｕ ｈ ｅ ｐ ｒ ｎ ｓ ｔ ｓｉ ｉ ａ ｅ ｓ ｅ ｈ ｔ ｔ ｉ ｉｄ ｏ ｉｎ ｌ ｉ ｎ
ＡＦ。一 ｆ ／ 。２ （） ２
放 大器放 大输 出所 需信 号 。如果 接 到 ＡＤ９ ５ ８ Ｏ内部 的 高速 比较器 上 ， 即可直 接 输 出 一个 抖 动 很 小 的方 波 ， 系 统通 过字符 型液 晶屏 １ ０ 显 示设定 频率 和其 他信 息 。 ６２ 实验 结 果 显 示 ， 出 信 号 频 率 范 围 在 １ Ｈｚ 输 ～
Ｄｅ ｉｎ ａ ｄ Ｉ ｐ ｅ ｅ ｔ ｔｏ ｆＥｍ ｂ ｄ ｅ ｉ ｎ ｌＧ ｅ ｅ ａ ｏ ｓ ｄ ｏ ｓｇ ｎ ｍ ｌｍ ｎ ａ ｉ ｎ ｏ ｅ ｄ ｄ Ｓ ｇ ａ ｎ ｒ ｔ ｒ Ｂａ ｅ ｎ ＡＤ９ ５ ８ ０
Ｗ Ｕ ａｃ ｏ． Ｎ Ｇ ｒ ｉ Ｈ ｉｈａ ＸＩ Ｓｉ ｕ
１ ０ＭＨｚ 且 无 明 显 失 真 ； 出 信 号 频 率 实 现 １ ， 输 Ｈｚ ，
由于基 准时钟 的频 率一般 固定 ， 因此 相位 累加器 的
１ ，０ 三级 步进调 节 ， ０Ｈｚ１ ０ Ｈｚ 频率 精 度 ０ ０ ， 率 ． １Ｈｚ频
转换 速度 １ｍｓ输 出幅度范 围 １ １ ， ～ ０Ｖ。
Ａｂｓｒｃ ： ｔａ ｔ ＤＤＳ ｔ ｃ ｌｇｙ ｉ ｎ ｆｄｉ ｔ ｌｆｅ ｅ ｃ ｙ ｈ ｓｓ ｔｃ ｎ ｏ ｙ ｔ ａｔｓ ｔ ｓｚｓ ｔ ｖ ｉｅ ｔｙ ｆｏ ｈｅｃ ｃ ｐｔｏ ｅ ｈｎｏ ｓａ ｋｉｄ ｏ ｇｉａ ｒｑｕ ｎ ｙ ｓ ｎｔ ｅ ｉ ｅ ｈ ｏｌｇ ｈ ｙｎ ｈｅ ｉｅ ｈｅｗａ ｅｄ ｒｃ ｌ ｒ ｍ ｔ ｏｎ ｅ ｆ
４７
吴海 超等 ： 于 ＡＤ ８ ０的嵌 入式信 号源设 计与 实现 基 ９５
可 以精确 到步 长 为 １Ｈｚ的 调节 ； 生 正 弦 波 时 ， 过 产 经 低通 滤波 器滤除 信号 的高频 分量 ， 通过 增益 可调 的宽带
字 与输 出频 率成正 比。由取样 定理 ， 所产生 的信 号频率 能 超过 时钟 频率 的 ５ ， 实 际应 用 中 ， 了保 证 信号 Ｏ 在 为 的输 出质量 ， 出频 率不 要高 于 时钟 频率 的 ３ ， 输 ３ 以避 免 混叠 或谐 波落入 有用输 出频 带 内。 Ｄ ＤＳ的频 率分 辨率定 义为 ：
ｃ ｎｔｏｌｒＭ Ｓ ｏ ｒ ｌ Ｐ４３ Ｆ１ ９ ｉ ｎ ｒ ｄｕ ｅ ．Ｉ ａ ｏ ｉｅ Ｓ ｎ ｎｄ ｓ ａ ｅｗａ ｅ，ｈｅｒ ｎ ｆｗｈｉｈ ｓ ｆｏ ｚ ｌ Ｈ ｚ Ｔｈｅｆｅ ｕ ｎ ｙ ｅ ０ ４ ｓｉｔｏ ｃ ｄ ｔｃ ｎ ｐｒ ｖｄ ｉ ｅａ ｑｕ ｒ ｖ ｔ ａ ｇｅｏ ｃ ｉ ｒ ｍ １ Ｈ ￣ Ｏ Ｍ ． ｒ ｅ ｃ ｑ
功 耗 的 ＭＳ ４ ０ １９单 片机 正 弦 波 方 波信 号 源设 计 方 案 。可 输 出频 率 范 围 为 １Ｈｚ ＯＭ Ｈｚ的 正 弦 波 和 方 波 ， 具 有 频 率 Ｐ ３Ｆ ４ ～１ 且
设定、 多档 步进 调 整 和 幅度 调 节 的 功 能 。 重 点介 绍 Ｄ Ｓ技 术 原 理 、 片机 与 Ａ ９ ５ Ｄ 单 Ｄ ８ ０的 硬 件 接 口 电路 、 杂散 和 噪 声 信 号 的 消 除 方 法 以及 整 个 系统 的 软 件 设 计 。 实验 结果 表 明 ， 方 案 设 计 的 信 号 源精 度 较 高 、 率 范 围较 宽 、 构 简 单 、 用 方 便 、 出 该 频 结 使 输
号源作 为 现代 电子 产品设 计 和生产 中的重要 工具 ， 须 必 满足 高精 度 、 速度 、 高 高分 辨率 、 频率 可 调等 要求 。传 统
的 ＲＣ或 ＬＣ 自激 振荡 器 方式 的 信 号 源组 成 较 繁 杂 ， 调
试较 困难 ， 不易 实现程 控 ， 已不 能适 应新 的要 求 ； 由采 而 用专用 Ｉ Ｃ芯 片 构成 的信号 发 生器 ， 如 使用 ＭＡＸ ３ 例 ０８
１ 系 统 设 计
１ １ ＤＤＳ技 术 原 理 与 结 构 ．
位 数决 定 了频率分 辨率 ； 位数 越多 ， 分辨率 越高 。 该 信号 源采用 Ｄ ＤＳ专用 芯 片 ＡＤ９ ５ ８ ０产 生 正弦信
号 。ＡＤ９ ５ ８ ０采用 Ｃ ＭＯＳ工 艺 ， 功 耗 在 ３ ３Ｖ 供 电 其 ． 时为 １ ５ｍｗ ， ５ 扩展 工 业级 温度 范 围为 一４ ～ ＋８ Ｏ ０℃ ，
ｃｎｂ ｅ ｙｔ ｅｋ ｙ ｏ ｒ ，ｎ ａ ｅ ｅａｅａｓｅ ｒｑ ｅｃ ｉｎ ｌ ｙｄｆ ｒｎ ｔｐ ． ｅａ ｌ ｕ ｅｏ ｈ ｉｎ ｌ ｌ ａ ｅａｊ ｓ ａ ｅｓｔ ｅ ｂ ａｄ ａ ｄｉ ｃｎｇ ｎ ｒｔ ｔｐｆｅ ｕ ｎ ｙｓ ａ ｉ ｅｅ ｔｓｅ ｓ Ｔｈ ｍｐｉ ｄ ｆｔｅｓｇ ａ ｓ ｃｎ ｂ ｄｕ— ｂ ｈ ｔ ｇ ｂ ｆ ｔ ａｏ
收稿 日期 ： ０ ９一 ２ ３ ２ ０ Ｏ —２
ＭＳ ４ ０是 Ｔ Ｐ３ Ｉ公 司 开 发 的 一 类 具 有 １ ６位 总 线 的 带 Ｆ ＡＳ 的单 片 机 ， 设 计 将 Ａ ８ ０与 ＭＳ ４ ０ １ ９ Ｌ Ｈ 该 Ｄ９ ５ Ｐ ３ Ｆ ４ 结合 提 出一 种具 有较 高性 价 比和集成 度 、 低功 耗 的嵌 入 式信 号 源设计 方案 。在 控 制 流 程 中 ， 过 ４ 通 ×４矩 阵 键 盘设 定频 率 值 ， Ｐ ３ ＭＳ ４ ０为 ＡＤ ８ ０计 算 频 率 控 制 字 ， ９５ 并且 将频 率控 制字 通过 串行 方式 写入其 中 ， 结合 键 盘上 步进 调节 增量 “ ” “ ０Ｈｚ ， １ ０Ｈｚ 键 ， １Ｈｚ ，１ ” “ ０ ” 使得 频 率