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基于DDS技术的高精度信号源设计

作　者: 殷雷
导　师: 余水宝
学　校: 浙江师范大学
专　业: 计算机软件与理论
关键词: 频率合成直接数字频率合成(DDS) AD9852 μC/OS-II
分类号: TN74
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
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内容摘要

函数信号发生器是电子电信科学领域和实验室的常用设备之一,在教学、科研、生产、生物工程、遥控遥测等众多领域都有着广泛的应用。随着电子技术的发展,人们对信号源的频率分辨率、频率范围、频谱纯度等提出越来越高的要求。而传统的频率合成方法设计的信号源在功能、精度等方面存在频率精度低、分辨率不高、频带窄、输出波形有限等缺陷和不足,不能满足实际要求。基于DDS的高精度信号源就是根据函数信号发生器的这种使用现状而设计研制的。直接数字频率合成(DDS)技术是于二十世纪七十年代提出的一种新的频率合成技术。DDS采用全数字的频率合成方法,采用DDS技术设计的信号发生器具有极高的频率分辨率和精确度,并具有频率切换速度快、相位噪声低、频率切换时相位连续等优点,克服了传统模拟信号源的缺点和不足,是目前信号发生器研究的主要方向。本设计以AD公司的直接数字频率合成芯片AD9852为核心,以Philips公司的ARM7芯片LPC2138为控制芯片,触摸屏作为人机交互界面,配以嵌入式操作系统μC/OS-Ⅱ,对高精度信号源进行设计。通过实验说明,本设计输出频率带宽可以达到0.001Hz～50MHz,频率分辨率0.001Hz,并具有很高的频率精度与稳定度。该信号源现已在浙江师范大学数理学院本科生电子实验室得到应用,达到了电子教学与实验的要求。本文首先介绍了频率合成技术的历史及发展趋势,分析了几种主要的频率合成原理,对其优缺点进行了比较,并根据DDS技术的显著优点,最终确定了采用DDS技术研制高精度信号源。然后对DDS的原理进行了详细阐述。主要包括DDS的组成结构介绍,DDS的数学分析、频谱分析和杂散分析,并给出了DDS技术在应用设计中的杂散抑制方法。本文接下来对信号源系统的研制方法进行了介绍。首先对系统中芯片的选取,系统整体的软硬件设计进行了详细的说明。然后分别对系统的软件设计及硬件设计进行阐述。信号源系统的硬件模块设计包括电源模块、触摸屏液晶硬件模块、ARM7控制模块、AD9852信号发生模块以及低通滤波模块等部分。系统软件设计部分主要介绍了在μC/OS-Ⅱ系统下,信号源系统软件操作功能的实现,并创新性地设计了一种ARM7系统下48位频率控制字的处理方法。然后对信号源系统的调试分析进行了阐述。主要对信号源系统的上电调试进行说明,并对频率输出信号进行了测试分析。同时给出了本设计中遇到的软硬件问题的解决方案,以及对信号源系统进行改进的。最后对全文进行了总结,并对下一步工作进行了展望。

全文目录

摘要  3-5
ABSTRACT  5-7
目录  7-9
第1章绪论  9-15
  1.1 论文选题背景  9-10
  1.2 频率合成技术的发展  10-12
  1.3 DDS技术的发展  12-13
  1.4 本文的主要工作  13-15
第2章直接频率合成技术的原理分析  15-31
  2.1 DDS的原理和特点  15-18
  2.2 DDS的结构组成  18-20
    2.2.1 相位累加器  18-19
    2.2.2 正弦查询表  19-20
  2.3 DDS的数学分析  20-23
  2.4 DDS频谱分析  23-24
  2.5 DDS杂散分析  24-30
    2.5.1 相位截断误差分析  25-28
    2.5.2 幅度量化误差分析  28-29
    2.5.3 DAC转换误差带来的杂散  29-30
  2.6 DDS杂散抑制方法及分析  30-31
第3章信号源的整体设计分析  31-39
  3.1 频率合成源的指标要求  31
  3.2 总体方案的分析  31-38
    3.2.1 DDS芯片选取  32
    3.2.2 AD9852芯片介绍  32-36
    3.2.3 ARM7芯片LPC2138介绍  36-37
    3.2.4 系统设计  37-38
  3.3 本章小结  38-39
第4章系统硬件设计  39-49
  4.1 电源设计  39-40
  4.2 地的设计  40-41
  4.3 参考时钟  41
  4.4 人机交互界面  41-45
    4.4.1 触摸屏原理  41-42
    4.4.2 触摸屏JCR50HD介绍  42-43
    4.4.3 ADS7843控制电路  43-45
    4.4.4 人机交互系统原理图  45
  4.5 DDS控制电路  45-46
  4.6 低通滤波器设计  46-47
  4.7 电路抗干扰设计  47-49
第5章系统软件设计  49-63
  5.1 ARM嵌入式软件开发环境  49-50
  5.2 UC/OS-Ⅱ操作系统  50-52
    5.2.1 系统特点  50
    5.2.2 系统功能  50-52
    5.2.3 系统移值  52
  5.3 整体软件设计  52-53
  5.4 软件设计  53-61
    5.4.1 软件整体设计  53-54
    5.4.2 TaskInit任务设计  54-56
    5.4.3 中断处理程序设计  56-58
    5.4.4 TaskLCD任务设计  58-59
    5.4.5 TaskDDS任务设计  59-61
  5.5 频率校准  61-63
第6章系统调试分析  63-67
  6.1 硬件调试  63
  6.2 输出测试  63-65
  6.3 遇到的问题及解决方案  65-66
    6.3.1 JTAG无法调试程序  65
    6.3.2 AD9852无输出  65
    6.3.3 键值读取错误  65-66
  6.4 系统改进方法  66-67
第7章总结与展望  67-69
参考文献  69-73
附录  73-75
攻读学位期间取得的研究成果  75-76
致谢  76-78

基于DDS技术的高精度信号源设计

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