dds 总线 原理

基于CPLD与单片机技术设计的DDS频率合成器电路

【摘要】利用高集成度的CPLD器件和方便灵活的单片机控制电路设计的DDS频率合成器电路克服了传统频率合成技术的不足，具有高速频率切换、高频率稳定度、相位变化连续的优点，广泛应用于广播通信领域。

【关键词】DDS工作原理；系统设计与实现

一、DDS的基本工作原理

DDS的基本原理是通过定量采样，查表的方式产生波形。实质为通过系统时钟（参考频率）进行对相位的间隔可控采样。DDS电路由数控振荡器、数/模数转换器和低通滤波器3个部分构成。其中数控振荡器由相位累加器和查询ROM构成，N位加法器和N位累加寄存器级联构成相位累加器。相位累加器输出的数据被用作查询ROM（波形存储器）的相位取样地址，经查询表ROM（波形存储器）可得出波形抽样值，进行相位到幅度的转换，之后数模转换器将波形的数字量幅度转化为模拟量的频率。低通滤波器滤除不需要的高次取样谐波分量，得到频谱纯净的波形信号。DDS工作原理框图如图1所示：

图1 DDS工作基本原理

每个参考时钟周期fc到来后，控制字K在相位累加器内与N位累加寄存器的参考频率相位相加，相加结果的高M位作为ROM查询表的地址，低N位作为反馈值与下一个时钟周期fc到来后的控制字K相加。每个时钟周期fc到来后频率控制字K被累加一次，合成信号的相位就是相位累加器输出的数据，通过改变相位控制字K，就可以得到输出频率fout，频率控制字K和输出频率fout关系为：

fout=Kfc/2N，其中N作为相位累加器的位数，fc为相位累加器的时钟频率。

二、系统的设计

整个系统电路由单片机控制部分、DDS通道电路部分、信号波形缓冲调整部分组成。电路框图如图2所示：

图2 系统设计框图

电路设计采用AT89C2051单片机作为控制器电路，AT89C2051本身带有2K字节的可编程可擦除EPROM存储器，用于存储数据和指令程序。由单片机、驱动放大电路74HC245和8位拨码开关组成频率控制电路。通过拨码开关的通断5V上拉电阻来确定频率控制字的数码，系统采用中断查询的方式接收通过拨码开关输入的频率预置数值。AT89C2051单片机根据拨码开关预置数来计算需要输出的频率控制字，当单片机AT89C205上电后将产生新的DDS控制字信号。

高速ＤＤＳ集成芯片ＡＤ9851原理及应用

文章介绍了高速DDS芯片AD9851的内部结构、工作原理及功能特点,利用CPLD控制的简单接口实现了正弦波、频率键控波、相位键控波的产生。

标签：DDSAD9851CPLD频率键控相位键控

频率合成技术发展至今,DDS(Direct Digital Synthesis)可谓后起之秀。DDS以其高精度,频率建立和频率切换快,可控制性好,容易实现扫频和频率调制等优点得到了飞速的发展。DDS通常通过在CPLD或FPGA内设置逻辑电路来实现,理论上可以达到MHz级的信号输出。但是对于高频信号,DDS的输出波形容易产生由于DA速度不够而带来的失真,同时产生高频信号要求D/A转换后级的I-V转换电路中的运放具有很高的带宽增益积和响应速度。经实验测试,FPGA内部实现

DDS在输出3MHz信号时幅值已经不稳定。而专用DDS芯片克服了以上缺点,本文介绍的就是其中表现优秀的一款高速DDS芯片。

AD9851结构和工作原理

AD9851是Analog Device公司推出的采用先进CMOS技术生产的具有高集成度的低功耗直接数字频率合成器。内置可软件选通的高速时钟6倍频电路可以只用外部提供较低时钟而产生较高内部参考时钟,对于实际应用中的内部工作频率150MHz,仅需一个25MHz晶振即可,因此减小了高频辐射,提高了系统的电磁兼容能力。32位的频率累加器可以实现高精度的频率步进,10Bit高速DA转换器可以保证输出信号波形的稳定。另外,高速比较器可以实现由正弦波到方波的变换,从而直接提供数字电路使用。各功能模块见AD9851的内部结构框如图1所示。

AD9851控制说明

AD9851的可编程功能主要是通过对内部的5个输入数据寄存器写入40位的控制字来实现的。其控制字寄存器的内容如表1所示:

在150MHz系统时钟的情况下频率分辨率是0.035Hz,相位最小步进是11.25°。控制字的写入有并行和串行两种方式,并行方式是通过数据总线D0-D7来完成的。而串行方式是把D7上的数据按位串行移入到输入寄存器。并行工作方式如图2所示。连续5个W_CL K上升沿后完成全部40位控制数据的输入,此后W_CL K信号的边沿无效。FQ_UD上升沿到来时40位数据从输入寄存器被写入频率/相位控制寄存器,更新输出频率和相位。

47研究与探讨

引言雷达中频信号模拟器在雷达领域具有广泛的应用，可以用作频率合成器的重要组成部分，还可以作为调试检测时的模拟雷达中频回波信号的生成。直接数字合成技术（Direct Digital Frequency Synthesis）产生于上世纪七十年代初，与传统频率合成技术相比，DDS技术具有高的输出频率分辨率、高精度、低相噪、切换频率时保持相位连续等优点[1-6]。传统的直接频率合成和锁相频率合成（PLL）已不能满足现代雷达频率捷变、波形参数捷变等快速跳频的需求[7]。DDS技术是一种全数字技术[2-4]，为满足现在雷达所需信号的要求，频率合成就是用一个高稳定度与高标准度的标准频率源作为参考，通过对该频率进行各项运算和滤波后得到相同稳定度和准确度的不同的频率信号，作为雷达发射的基准频率。中频信号模拟器作为辅助调试检测雷达使用时，需要对雷达接收到的回波信号进行模拟，产生相同频率的雷达回波信号便于整个接收通道的检查，可以辅助雷达完成距离零位标定、角度零位标定、相位补偿等各项工作。1 DDS基本工作原理图1是DDS的工作原理框图[6]，在DDS内核中作为DDS的系统时钟，N位全加器对频率控制字F和相位寄存器的N位输出值进行叠加运算[2][4]，相位寄存器后信号流向分为两路，主路与相位控制字P通过加法器再次叠加运算后生成D位的ROM表寻址地址码，通过该寻址码在ROM查找表中找出当前频率控制字F和相位控制字P所对应离散波形幅度值数据；反馈路的信号等待下一个时钟信号与下周期的频率控制字F继续叠加，实时更新。当前系统时钟周期结束后，离散的波形幅度值数据构成了离散输出信号的波形，在DDS内核外幅度控制字A控制乘法器对输出信号的幅度值进行选取，后经DAC及低通滤波器组对信号进行D/A变换和滤波最终得到实际需要的波形信号fout。2 中频信号模拟器的系统设计及实现2.1 核心器件的选型及主要功能DDS芯片选用成都振芯公司的GM4940，该芯片包含32位频率控制字F，16位相位控制字P，10位幅度控制字A，同时支持单点频、FSK、PSK、OSK、RAMP、混频、扫频等多种操作模式。支基于DDS的雷达中频信号模拟器设计 ■马绪铎摘 要：信号模拟器在雷达、通信等有电子领域均有广泛应用。直接数字合成技术(DDS)能够有效的解决模拟频率合成电路中对频率、相位等信号特征控制复杂和误差较大的问题。本文介绍了一种基于DDS技术的雷达中频信号模拟器设计实现方法，以ARM嵌入式软核处理器控制DDS芯片，配合后端电路中滤波、放大、程控衰减等信号整形手段，最终产生满足要求的连续波/脉冲的单频信号、线性调频信号和频率快速捷变信号等多种雷达中频信号。通过实际电路测试给出结果，达到预期设计目标。关键词：DDS；GM4940；ARM；STM32；中频信号模拟器 DDS内核N位全加器频率控制字F相位寄存器加法器相位控制字PROM查找表乘法器幅度控制字ADAC输出频率foutN位系统时钟fclkD位图1 DDS工作原理框图Copyright©博看网. All Rights Reserved. 中国军转民

DDS是什么意思,DDS结构,DDS原理是什么

什么叫DDS

直接数字式频率合成器DDS（Direct Digital Synthesizer），实际上是一种分频器：通过编程频率控制字来分频系统时钟（SYSTEM CLOCK）以产生所需要的频率。DDS 有两个突出的特点，一方面，DDS工作在数字域，一旦更新频率控制字，输出的频率就相应改变，其跳频速率高；另一方面，由于频率控制字的宽度宽（48bit 或者更高），频率分辨率高。

DDS工作原理

Error! Reference source not found. 是DDS 的内部结构图，它主要分成3 部分：相位累加器，相位幅度转换，数模转换器（DAC）。

图 1，DDS的结构

相位累加器

一个正弦波，虽然它的幅度不是线性的，但是它的相位却是线性增加的。

DDS 正是利用了这一特点来产生正弦信号。如图 2，根据DDS 的频率控制字的位数N，把360° 平均分成了2的N次等份。

图2，相位累加器原理

假设系统时钟为Fc，输出频率为Fout。每次转动一个角度360°/2N， 则可以产生一个频率为Fc/2N

的正弦波的相位递增量。那么只要选择恰当的频率控制字M，使得 Fout / Fc= M / 2N,就可以得到所需要的输出频率Fout，

Fout = Fc*M / 2N,相位幅度转换通过相位累加器，我们已经得到了合成Fout 频率所对应的相位信息，然后相位幅度转换器把0°~360°的相位转换成相应相位的幅度值。比如当DDS 选择为2V p-p 的输出时，45°对应的幅度值为0.707V，这个数值以二进制的形式被送入DAC。这个相位到幅度的转换是通过查表完成的。

DAC 输出代表幅度的二进制数字信号被送入DAC 中，并转换成为模拟信号输出。注意DAC 的位数并不影响输出频率的分辨率。输出频率的分辨率是由频率控制字的位数决定的。

直接数字式频率合成技术（DDS）是一种先进的全数字频率合成技术，它具有多种数字式调制能力（如相位调制、频率调制、幅度调制以及I/Q正交调制等），在通信、导航、雷达、电子战等领域获得了广泛的应用。在项目中光栅传感系统高频并行解调算法的FPGA实现我们的光纤通信模块用到DDS。我们通过FPGA 实现了DDS的功能。