高频电子线路实验.doc

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1、3.7直接数字频率合成器3.7.1实验目的（1）通过实验进一步加深理解DDS的基本工作原理。（2）通过实验熟悉其编程原理。3.7.2实验原理及电路3.7.2.1DDS简介直接数字频率合成（DirectDigitalSynthesizer）简称DDS，是继直接频率合成和间接频率合成之后发展起来的第三代频率合成技术。由于它具有相对带宽很宽、频率转换时间很短、频率分辨率很高、便于集成以及频率、相位和幅度均可控制等优点，被广泛应用于雷达、电子对抗等军事通信系统和移动通信中，特别是在短波调频通信中，信号在较宽的

2、频带上不断变化，并且要求在很小的频率间隔内快速地变换频率和相位。本实验系统采用的AD7008是AD公司生产的CMOS型的DDS芯片，该芯片功能齐全，性价比高，容易开发，实现的成品性能较好。其相位累加器为32位，频率分辨率可达0.012Hz。频率转换速度和频率间隔、分辨率不相干，频率转换的速率仅受限于器件响应速度的快慢，通常为几十纳秒。由于实现了高度数字化、集成化，输出频率的稳定度达到晶振频率稳定度的数量级。适用于频率调制、相位调制、正交调幅调制和驱动倍频锁相环构成分辨率高、转换速度快的频率合成器等场合

3、。DDS的实际输出最高频率约为时钟频率的l/3，输出频率越高，噪声功率越高。通常在时钟频率fc=50MHz，输出频率fo=5.1MHz的情况下，其最大谐波频率为15.3MHz，幅度低于51.8dB，一般可通过低通滤波器滤除。3.7.2.2DDS原理AD7008能实现全数字编程控制的频率合成，由以下几个部分组成：相位累加器、正弦函数表、D/A转换器、8个寄存器和相关控制逻辑，如图3.8所示。可编成DDS系统的核心是相位累加器，它由一个加法器和一个N位相位寄存器组成，N一般为24-32位。每来一个外部参考

4、时钟，相位寄存器便以步长M增加。相位寄存器的输出与相位控制字相加后可输入到正弦查询表地址上。正弦查询表包含一个正弦波周期的数字幅度信息，每一个地址对应正强波中0°-360°范围的一个相位点。查询表把输入地址的相位信息映射成正弦波幅度信号，然后驱动一个10位DAC以输出模拟量。图3.8AD7008芯片内部结构图相位寄存器每过2N/M个外部参考时钟后完成一个累加循环，以相位为地址的正弦查询表正好查询并输出完一个周期，从而使整个DDS系统输出一个周期正弦波。输出的正弦波周期To=Tc·2N/M，频率fout

5、=Mfc/2N，Tc、fc分别为外部参考时钟的周期和频率。AD7008采用32位的相位累加器，将相位累加结果截断成14位（高端14位）输入到正弦查询表，查询表的输出再被截断成10位后输入到DAC，DAC再输出两个互补的电流。DAC满量程输出电流通过一个外接电阻RSET调节，调节关系为ISET=32（1.148/RSET），RSET的典型值为390Ω。3.7.2.3接口与控制单片机与AD7008的接口既可采用并行方式，也可采用串行方式。采用并行方式时，数据或命令通过D0-D7数据总线在WR、CS的控制下

6、，首先写入AD7008的并行寄存器中，并行寄存器为32位，所以分4次写入，高字节在前依次写入。采用串行方式时数据通过SDATA脚在时钟SCLK的控制下逐位移入32位串行移位寄存器（高位在前）。数据或命令写完以后，在LOAD和TCO-TC3的控制下，按表3.3所示将并行寄存器或串行寄存器中的数据转载到功能寄存器。表3.3AD7008外部控制逻辑TC3TC2TC1TC0LOAD源寄存器目的寄存器××××0N/AN/A00××1并行寄存器命令寄存器10001并行寄存器频率寄存器010011并行寄存器频率寄存

7、器110101并行寄存器相位寄存器10111并行寄存器IQ寄存器11001串行寄存器频率寄存器011011串行寄存器频率寄存器111101串行寄存器相位寄存器11111串行寄存器IQ寄存器采用串行方式时，不能设置命令寄存器。所有功能寄存器的复位状态都为零。各功能寄存器的作用如下。（1）命令寄存器主要设置并口工作方式，只用32位中的低4位（CRO、CRLCR2、CR3）。其中，CR0=0时，使用8位并行口（DB0-DB7），高8位无效，32位数据分4次写入并行寄存器，高字节在前。CR0=1时，使用16位

8、并行口（DB0-DBl5），32位的数据分2次写入并行寄存器，高字节在前。CR1=0时，正常工作，CR1=1时，进入睡眠状态。CR2=0时，关闭幅度调制功能；CR2=1时，允许AM或QAM调制。CR3=0时，同步使能，所有操作都在时钟同步下完成；CR3=1时，关闭同步使能，使芯片反应更快。（2）频率寄存器0、频率寄存器1都是32位寄存器，用于存放和输出频率相关的相位步长数据M，M=2N/fc*fout，当引脚FSELECT=0时，使用频率寄存器0；FSE