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基于LAN接口技术和DDS技术的正弦函数发生器设计

DDS(Direct Digital Synthesizer,直接数字合成技巧)近年来获得了飞速成长,其利用领域赓续拓展,在电子电力技巧领域获得广泛的利用。DDS是孕育发生高精度、快速变换频率、输出波形掉真小的优先选用技巧。该技巧从相位观点启程,以奈奎斯特时域采样定理为根基在时域中进行频率合成,其转换速率快、频率分辨率高,并且在频率转换时可维持相位继续,因而易于实现多种调制功能,是一种全数字化技巧;其幅度相位频率均可实现程控并可经由过程替换数据机动实现随意率性波形。使用FPGA芯片及D/A转换器,采纳直接数字频率合成技巧,设计了一种带有LAN接口的正弦函数发生器。

1 系统概述

LXI总线是Agilnet公司和VXI科技公司合营相助,于2004年9月41日在美国加州PALAOLTO提出一种新型仪器接口规范,全称为LAN-based Extensions for Instrumentation(局域网的仪器扩展)。它基于闻名的工业标准以太网Ethernet)技巧,扩展了仪器必要的说话、敕令、协议等内容,构成了一种适用于自动测试系统的新一代模块化仪器平台标准。为了适应国际上仪器接口技巧的成长,以具备LXI硬件根基、带有LAN接口的可程控仪器的研制作为本课题的启程点。同时该程控智能函数发生器以直接数字频率合成技巧(DDS)为根基的,此技巧是跟着谋略机、数字集成电路和微电子技巧的成长,在频率合成技巧领域的新的冲破。它是将先辈的数字旌旗灯号处置惩罚理论和措施引入到旌旗灯号合成领域,它的呈现为进一步前进旌旗灯号的频率稳定度供给了新的办理措施。该技巧具有以下优点:频率转换快、分辨率高、相位噪声低等。

2 DDS实现规划论证与对照

规整洁:采纳高机能DDS单片电路的办理规划模拟直接合成法,转换速率快,频率分辨力高,但电路繁杂,难以集成,成长受到必然限定。

规划二:采纳相环合成法,输出旌旗灯号频率可达到超高频以致微波段,且输出旌旗灯号频谱纯度较高,但转换要几毫秒的光阴,速率慢。

规划三:采纳直接数字合成器(DDS),可用硬件或软件实现。即用累加器按频率要求对响应的相位增量进行累加,再以累加相位值作为地址码,取寄放于ROM中的波形数据,经D/A转换、滤波即得所需波形。措施简单,频率稳定度高,易于程控。

根据上述三种规划综合斟酌,选择规划三进行设计。下面根据规划三进行硬件和软件两方面的设计。

3 系统硬件设计

3.1 频率合成器

采纳直接数字频率合成技巧孕育发生波形的方框图如图1所示,输入频率经倍频→计数器→存储器→D/A转换器→滤波后孕育发生所需波形输出。用存储器存储所需的波形量化数据,用不合频率的脉冲驱动地址计数器。该计数器的输出接到存储器的地址线上,这样在存储器的数据线上就会周期性地呈现波形的量化数据,经D/A转换并滤波后即可天生波形,并且完全能满意频率范围为100~200 Hz、步进距离≤100 Hz的要求。

3.2 系统硬件整体框图

全部系统的设计主要包括4个部分:DDS函数发生器、通用接口部分、上位机虚拟仪器节制法度榜样、收集接口节制部分等。系统组成框图如图2所示。

(1)DDS函数发生器部分是仪器的主体部分,不仅具备自力仪器的功能,而且可以经由过程仪器接口接管上位机的节制,实现程控的目的。

(2)上位虚拟机节制部分所要完成的功能是经由过程收集向仪器终端发送节制敕令。当接管到上位机的敕令后,仪器进行响应的动作。

(3)收集接口节制部分主如果完成仪器和Ethernet的接通和数据的接管与发送。当收集稀有据传送到仪器时,仪器要判断所送来的数据包是不是发送给自己的数据包:假如是,则接管并放人内存专门开辟的缓冲区中,同时回送接管到数据的旌旗灯号给上位机;假如不是自己的数据包,则丢弃。

(4)通用接口部分相称于接口转换卡,即通用接口与收集接口的转换。

3.3 正弦旌旗灯号孕育发生器

正弦旌旗灯号孕育发生器采纳直接频率合成集成芯片AD9850。其内部包括高速、高机能D/A转换器件和高速对照器,6倍参考时钟倍乘器等。使用内时钟倍乘器,低落了对外部高速参考时钟振荡器的要求,可实现全数字编程节制的频率合成器和时钟发生器。在外接周详时钟源时,可孕育发生一个频谱纯净,频率、相位均可编程的模拟正弦波。该正弦波可以直接作为频率源或经由过程芯片内部的高速对照器转换成方波作为时钟源输出。数据总线D0~D7来完玉成部40位节制数据输入。当复位旌旗灯号RESET有效时会使输入数据地址指针指向第一个输入寄存器,W_CLK上升沿写入第一组8位数据,并把指针指向下一个输入寄存器,继续5个W_CLK上升沿后,完玉成部40位节制数据的输入,此后W_CLK旌旗灯号的边沿无效。当FQ_UP上升沿到来时40位数据会从输入寄存器写入到频率和相位节制寄存器,更新DDS的输出频率和相位,同时把地址指针复位到第一个输入寄存器,等待着下一组新数据的写入,实际电路连接如图3所示。

4 系统软件设计

单片机以总线的要领连接到ACEXIK30,其主法度榜样便是进行FPGA设置设置设备摆设摆设、仪器的初始化、启动DA、启动LCD显示、中断相应、发送与接管(或本地设置)频率节制字等。主法度榜样流程如图4所示。

主法度榜样:

5 结语

本文基于LAN接口技巧和DDS技巧的优点,设计了一台函数发生器,经由过程本课题的钻研和设计,得出了如下结论:本设计具有易组合、标准化、通用化、系统化的优点,布局简单、构建机动。采纳直接数字合成技巧和单片机技巧相结合设计了正弦旌旗灯号发生器,可孕育发生高精度、高稳定度的正弦旌旗灯号,得当对波形要求较高的场合应用。必要不合的频率时只需改动键盘输入就能完成,简化了法度榜样设计和电路板设计。把该正弦旌旗灯号作为载波,经由过程简单的软件设计,实现了AM、FM等调制旌旗灯号的输出。别的,它可随意率性设定频率分辨率,使旌旗灯号精度很高,以致可将累加器、ROM、D/A及微处置惩罚器集成于一片IC之内。未来通信系统的成长离不开对旌旗灯号的调制和解调,更离不开正弦载波,基于DDS技巧的正弦旌旗灯号发生器在通信中的利用将越来越广泛。

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