基于单片机的直接数字频率合成（DDS）技术的应用研究

金色传说

摘要
直接数字式频率合成(DDS-DirectDigitalSynthesis)技术的发明和应用是信
号频率合成领域里的一次革命。随着数字电路和微电子技术的发展，DDS技术日
益显露出它的优越性。目前，DDS技术已经在雷达、通信、电子对抗和仪器仪表
等领域得到了十分广泛的应用。
本文在深入分析DDS合成器输出信号的频谱特性和各类型号DDS芯片特点
的基础上，设计完成了一套基于89C55单片机的直接数字式频率合成系统。系统
采用模块化的结构，通过更换模块可方便地研究基于各种DDS芯片( AD9851、
: ?7 p: j" E  N# c( m4 y1 D- pAD9854、AD9951) 的频率合成电路。为了获得高质量的输出信号，系统中应用
了多个独特的噪声抑制电路，包括单片机部分与DDS模块之间的全光电隔离电
路、信号输出部分的浮地高频放大电路、以及8通道的七阶滤波网络组等。电路
+ @6 R) v3 m% m2 G" x. Y. z儿器件的参数由Pspice 仿真和实验调试相结合最后确定。为了满足合成信号频
/ X7 a: v- p6 g0 }& r. X' Y率的绝对值大、且能够被高精度调节的要求，利用C51编程语言设计了超大数值
1 i' ^4 Y: E' t0 f数据高精度转换和处理的单片机程序。另外，鉴于虚拟仪器作为现代化实验技术
6 Z) J: k7 m. u* Z8 @2 y- \1 H, l之一在工程测试、远程控制、实验教学等越来越多的领域得到广泛的应用，本研
, b6 P1 R' ?7 p究中采用NI公司的Labview 软件设计了颊率合成系统的虚拟仪器程序。这样，
9 i' s3 z$ n" w! D  h; w) H1 g合成的输出信号频率既可以通过单片机系统的面板键高精度的调节，也能在PC.
机的LABVIEW虚拟仪器界面上改变，对于1~ 20MHz的合成信号，其频率微调.
9 H( B, M+ _0 a9 p0 D* n0 s精度可以达到0.001Hz。本文的工作中，还运用本系统对不同型号的DDS芯片进
% S2 E" L5 E  _5 t' q3 W行了大量的试验测试，分析和验证了影响直接数字式频率合成信号的关键因素，
9 h. U: a/ V* ?得到一些有意义的结论。这些结果对于从事DDS频率合成技术工作的研究人员和
5 q( `. i# |$ Z. Y% {: |% n6 c! t" P应用工程师具有很好的参考价值。
0 v- {2 d/ e5 b6 \' i直接数字式频率合成方法是目前所有频率合成方法中比较先进的方法之，
4 Y5 x. t0 v+ o! S但是它在合成信号的带宽方面还存在固有的缺陷，这限制了它在频率合成领域中
更加广泛的使用。本文的最后给出了下一步工作的建议，以期进一步完 善颊率合
- p+ I8 {, d- w& ?成的性能指标。.
关键词:直接数字式频率合成:单片机:杂散信号:滤波电路;
  F6 U( g5 R7 ]( X% y4 u  r第1章 绪论
# V* I" G3 Z( C: I0 j. y6 _/ }- ^1.1频率合成的概念及主要技术指标
频率合成是指由一个或多个频率稳定度和精确度很高的参考信号源通过频率
/ l) b* S5 c' X* V& m5 P2 ^+ e域的线性运算，产生具有同样稳定度和精确度的大量离散频率的过程川。基于此
原理制成的频率源为频率合成器。
频率合成器是现代电子系统的重要组成部分:
2 {% _* G+ R  g9 k/ n; B( m①在通信、雷达和导航等设备中，频率合成器既是发射机的激励信号源，又是接
收机的本地振荡器;
+ f3 M/ O8 `7 r+ K. Q# d9 H" |②在电子对抗设备中，它可以作为干扰信号发生器;
③在测试设备中，可作为标准信号源。
因此频率合成器被人们称为许多电子系统的“心脏”。频率合成器的性能需要
* ?: g. W) z# z; I1 [, l0 V一系列指标来表征，但由于不同用途的合成器性能差异较大，故难以给出完整的
指标系列。这里只给出一些基本的技术指标[2,3];
6 W2 g6 w2 d, J0 D; V% |7 [(1)频率范围:频率合成器输出最低频率fomin和输出最高频率fomax之间的变化
范围。也常用相对带宽Af来衡量频率范围。



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本文在深入分析DDS合成器输出信号的频谱特性和各类型号DDS芯片特点 的基础上，设计完成了一套基于89C55单片机的直接数字式频率合成系统。系统采用模块化的结构，通过更换模块可方便地研究基于各种DDS芯片( AD9851、 AD9854、AD9951) 的频率合成电路。