利用单片机和CPLD实现直接数字频率合成（DDS） (1)
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利用单片机和CPLD实现直接数字频率合成（DDS） (1)
直接数字频率合成（DDS）技术是美国学者J.Tierncy，C.M.Rader和B.Gold在1971年首次提出的。这是一种全数字技术，该技术从相位概念出发直接合成所需要的波形。同传统的频率合成技术相比，DDS技术具有很多优点：频率切换时间短、频率分辨率高、相位变化连续、容易实现对输出信号的多种调制等［5］。但是由于当时的技术以及器件水平的限制，它的性能指标还无法与已有的技术相比，因此该技术当时并没有引起足够的重视。最近几年来，随着技术和器件水平的提高，国外一些公司先后推出各种各样的DDS专用芯片,如 Qualcomm公司的Q2230、Q2334, AD公司的AD9955、AD9850等［3］。这些产品的问世，为电路设计者提供了良机，满足了工程实际的需要。然而，商用DDS专用电路芯片也有它的的局限性，并不能满足所有要求。例如，在实现线性调频（LFM）等复杂的调制功能时，利用现有的商用芯片就会遇到一些困难［8］。由于近几年来可编程器件CPLD 、现场可编程门阵列FPGA技术的迅速发展和广泛应用，使用可编程器件实现DDS技术也越来越受到人们的关注。
1 DDS工作原理
DDS工作原理框图如图1所示，其实质是以参考频率源（系统时钟）对相位进行等可控间隔的采样。由图1可见，DDS包括由相位累加器和ROM查询表构成的数控振荡源（NCO）、DAC以及低通滤波器（LPF）3部分。在每一个时钟周期，N位相位累加器与其反馈值进行累加，其结果的高M位作为ROM查询表的地址，然后从ROM中读出相应的幅度值送到DAC。低通滤波器LPF用于滤除DAC输出中的高次谐波。因此通过改变频率控制字K就可以改变输出频率fout。容易得到输出频率fout与频率控制字K的关系为：fout=Kfc/2N，其中fc为相位累加器的时钟频率，N为相位累加器的位数。定义当K=1为系统频率分辨率，即。
2 系统的总体设计
系统的原理框图如图2所示，本系统主要由单片机部分、DDS主通道部分、键盘及显示部分以及输出信号调理等部分组成。
www.harbinfp.com 单片机芯片采用的是比较常见的AT80C31芯片。同时片外还各扩展了1片程序存储器2764与数据存储器6264，分别用来存放运行中所需的程序与随机数据。
DDS主通道部分是我们设计的关键所在，该部分主要由相位累加模块、地址总线控制模块、数据总线控制模块与波形数据存储器EPROM、SRAM等组成。其中相位累加模块、地址总线控制模块和数据总线控制模块都是在CPLD上实现，采用的芯片是ALTERA公司的FLEX10K系列器件。我们将所需要合成的波形采样数据固化在EPROM 2764中，但是我们知道EPROM的读周期比较长，很难满足系统的访问时间要求。因此设计中又使用了1片HSRAM，在DDS系统合成波形的过程中，代替ROM进行波形数据的快速查询。
键盘和显示部分是系统和用户进行交互的重要手段。这一部分的逻辑功能，也是在CPLD上实现的。 |
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