基于DDS的調頻信號發(fā)生器的設計與仿真

　　信號發(fā)生模塊

　　信號發(fā)生模塊主要由DDS芯片組成，這里選用美國ADI公司的雙通道直接數字頻率合成器AD9958，最高采樣頻率可達 500 MSPS。它有兩個(gè)DDS核，能夠提供兩個(gè)內部同步、獨立編程同步輸出通道，在系統時(shí)鐘工作在500 MHz時(shí)，輸出頻率可控制范圍可以達到0 ~ 200 MHz[4]，可以滿(mǎn)足系統設計的要求。

　　AD9958有4種工作模式，分別為單頻模式、調制模式、線(xiàn)性?huà)呙枘Ｊ胶头容敵隹刂颇Ｊ?。其中單頻模式是芯片服務(wù)后默認的工作模式，在此模式下輸出是某一單調頻率、幅度和初始相位的正弦波[5]。本系統中AD9958采用的就是單頻模式，在這種工作模式下，兩個(gè)DDS通道共享一個(gè)公共地址，頻率控制字地址是寄存器(0x04)，通過(guò)改變頻率控制字，可以很方便的改變輸出頻率，結合通道選擇控制字，兩個(gè)通道可以獨立輸出互不相關(guān)的兩路正弦波，控制功能由MCU完成。

　　由于DDS的輸出最大頻率受奈奎斯特抽樣定理的限制，所以有，此時(shí)，考慮到器件因素，在實(shí)際使用中一般取。本系統中，外部參考時(shí)鐘采用50M高穩晶振，DDS芯片時(shí)鐘倍頻器設置倍率為10，使系統時(shí)鐘達到500 MHz。從而使每個(gè)通道可保證信號質(zhì)量的最高輸出頻率達到200 MHz。

　　控制模塊

　　控制模塊的功能主要由MCU芯片組成，MCU內部集成豐富的外圍設備，具有卓越的處理能力，應用MCU完成外圍電路，可以使得整個(gè)系統結構簡(jiǎn)單，使用方便。在本系統中，MCU作為核心控制模塊完成調制信號頻率控制字的獲取和載波頻率控制字的接收以及對DDS的控制。

　　調制信號頻率控制字：本系統通過(guò)MCU芯片集成的ADC完成調制信號頻率控制字的獲取。根據實(shí)際需要，本系統的調制信號為語(yǔ)音信號，頻率集中在50 ~ 3400 Hz。根據奈奎斯特采樣定理，ADC采樣頻率應不小于6.4 kHz,，考慮到高速密集采樣可以減少頻偏偏差，因此設定ADC采樣頻率為100 kHz。語(yǔ)音調制信號經(jīng)過(guò)A/D轉換，得到12位數字信號，與調制常數相乘作為調制信號頻率控制字。

　　載波頻率控制字：MCU通過(guò)片上集成的UART接口與外部控制模塊進(jìn)行通信，外部控制模塊采用異步通信方式將載波頻率控制字等指令發(fā)送給MCU。MCU收到的指令信號進(jìn)行處理，并提取出用戶(hù)要求的載波頻率控制字。

　　調頻波頻率控制字：MCU將調制信號頻率控制字與載波頻率控制字相加作為調頻波的頻率控制字并按照DDS的頻率控制字格式進(jìn)行處理后送入DDS。

　　低通濾波器

　　DDS采用數字化技術(shù)，最終合成信號是經(jīng)D/A轉換后得到的，其頻譜含有豐富的高次頻譜分量，為了得到頻譜純凈的信號輸出，必須要用低通濾波器將他們?yōu)V除，要求濾波器的衰減特性要陡直，延遲時(shí)間要短。

　　軟件設計

　　整個(gè)系統采用模塊化程序設計，采用C語(yǔ)言編寫(xiě)，便于移植，可讀性強，主要是根據AD9958的頻率控制字格式，通過(guò)MCU將這些控制字寫(xiě)入AD9958內部的寄存器中，從而產(chǎn)生相應的頻率。軟件主要實(shí)現兩個(gè)方面的功能：系統初始化和頻率控制字寫(xiě)入。

　　系統初始化：包括MCU自身的初始化配置，以及按照AD9958芯片的寄存器配置方式，向AD9958寫(xiě)入系統時(shí)鐘、工作模式以及通道選擇等配置指令。

　　頻率控制字寫(xiě)入：為完成一次頻率控制字更替，MCU需要按照AD9958的頻率字寫(xiě)入格式發(fā)送一次通道指令，共40位，高8位為寄存器地址(0x04)，低32位為頻率控制字。在一個(gè)ADC采樣周期內，必須將通道指令發(fā)送完畢，才能使輸出頻率按照ADC采樣頻率不斷更新，從而實(shí)現數字調頻。AD9958的指令寫(xiě)入方式可分為串行裝入和并行裝入，本系統采用串行方式裝入，由MCU直接送給AD9958頻率控制字。在每個(gè)系統時(shí)鐘(SCLK)的上升沿由數據輸入口SDIO_0移入一位控制字，連續40個(gè)SCLK周期即可將40位控制字裝入緩沖寄存器中。在更新信號(IO_UP)信號上升沿到來(lái)以后，控制字傳輸到控制寄存器中，AD9958的兩個(gè)通道同時(shí)更新輸出頻率。