基于DDS技术的任意波形发生器.PDF

维普资讯 第九单片机论坛 2001年全国大学生电子设计竞赛一等奖 基于DDS技术的任意波形发生器 · 北京航空航天大学电子工程系 绦彬 谭征 袁蕾 杨晖· 2001年全国大学生电子设计竞赛中的A题．要求设计一 (二)幅度控制 任意波形发生器，并满足题目中所提出的功能指标 根据题目 方案1：采用双数模转换技术，由单片机控制对DAC083~ 要求，我们以单片机和FPGA为棱心，辅以必要的模拟电路，设 置数，改变其输出电流，经电流／电压转换后通过电阻以电谛 计了一个基于直接数字频率台成技术 (DDS)的任意波形发生 源的形式作为高速乘法型D／A转换器DAC08的基准电流，哇 器。该系统主要由七个功能模块构戒：波形表生戒、频率控制、 此即可由单片机控制输出波形的幅度。但此种方法不能准确 数模转换、幅度控制、液晶显示、滤波及功率输出模块。其中， 实现步进0．1V的要求，且当基准电平为零时．其输出不一定 波形表生成和频率控制是通过单片机改变双口RAM中的波 为零。 形表和向FPGA发送频率控制字来实现；数模转换采用DAC08 方案2：录用数控电位器组成的电阻分压网络，但由于 实现；幅度控制由DAC0832内部的电阻分压阿络实现；显示采 控电位器的分挡数(3l挡)不能满足题目的要求，而组台接秸 用液晶显示模块；后级采用二阶巴特沃兹低通滤波器和晶体 又比较复杂，故未采用此种方案。 管扩流电路以提高输出波形质量并增强其带载能力 从而得 方案3：幅度控制器由DA~832控制，利用其内部的电睡 到所要求的任意波形输出。 分压网络，将其作为数控电位器使用。将DAC08的输出波形干{ 题目分析及方案论证 f一)波形发生器 用了此种方法。通过一简单的电阻分压网络调整运放输出 方案1：采用传统的直接频率台成Ds技术。这种方法能实 峰一峰值0～5V，再送人DAC0832由单片机控制其幅度，从雨 现快速频率变换，具有低相位噪声以及所有方法中最高的工 实现峰一峰值0．1V步进调整。 作频率。但由于采用大量的倍频、分频、混频和滤波环节，导致 (三)滤波 直接频率台成器的结构复杂、体积庞大、戒本高，而且容易产 为了消除波形表生成时所带来的毛刺及生戒正弦波时 生过多的杂散分量，难以达到较高的频谱纯度。更重要的是， 行数模转换所产生的高频分量．我们在系统的后级设计了滤江 这种方法只能实现正弦渡．或者进而由积分、微分等方法实现 器来提高产生的波形质量。 方波、三角波等标准波形，但却无法实现题目所要求的任意波 方案1：采用二阶切比雪夫低通滤波器。切比雪夫滤波 形。 的幅度响应在通带内是在两个值之间波动，在通带内的波动移 方案2：采用锁相环式频率台戒器。利用锁相环．将压控振 数取决于滤波器的阶数。理想的切比雪夫滤波器在靠近截J上 荡器VCO的输出频率锁定在所需频率上 这种频率台成器具 频率的部分有比巴特沃思滤波器更接近矩形的频率响应。趟 有很好的窄带跟踪特性，可以很好地选择所需频率信号，抑制 一点是以通带内允许波动为代价而得到的。 杂散分量，并且省去了大量的滤波器，有利于集成化和小型 方案2：采用二阶巴特沃思低通滤波器。巴特沃思滤波嚣 化。但由于锁相环本身是一个惰性环节，锁定时间较长．故频 的幅度函数是单调下降的．由于n阶低通巴特沃思滤波器的 率转换时间较长。而且，由模拟方法台戒的正弦渡的参数，如 (2n一1)导数在m=0处为零，所以巴特沃思滤波器也称为埽 幅度、频率和相位都很难控制。除此之