基于AD9850的嵌入式信号源设计与实现
(3)DAC的转换误差，即DAC中非线性引起的转换误差：DAC有限的分辨率、非线性特性以及转换过程中出现的尖峰脉冲均会导致频谱质量变坏。因此，低通滤波器的使用是非常必要的，其性能的优劣直接关系到整个DDS的技术指标。
低通滤波器可以分为巴特沃什滤波、切比雪夫滤波、贝赛尔滤波和椭圆滤波等。巴特沃什低通滤波器通带和阻带都是平坦的，但是其过渡带太过平缓；切比雪夫低通滤波器的通带是等波纹抖动的，阻带是平坦的，过渡带比巴特沃什稍陡；贝赛尔低通滤波器和切比雪夫低通刚好相反，通带平坦，阻带是等波纹抖动的；椭圆低通滤波器的通带和阻带都是抖动的。但是其过渡带下降迅速，过渡带很窄。在该系统中，为了使输出信号频率最高10 MHz时能够最低程度地降低AD9850外部系统时钟30 MHz的干扰，采用具有较窄过渡带特性的椭圆滤波器，并采用7阶椭圆低通滤波。根据系统要求，输出信号的频率可达10 MHz，设定其通带为10 MHz，且7阶滤波具有下降速度更快的过渡带，可以有效地滤除10 MHz以上的高频干扰。考虑到实际的椭圆滤波器设计与理论分析是有所不同的，在此使用Multisim 9经行仿真后得出椭圆滤波器的具体参数。椭圆低通滤波器的电路图如图5所示。本文引用地址：http://www.eepw.com.cn/article/152343.htm
2 系统软件设计
软件设计主要分为菜单操作和频率控制值计算两部分。在系统中通过外接4×4软键盘输入设定频率和调整步进。一共16个按键，不同的按键代表着不同的数字和功能，除了正常的10个数字键0～9外，为了方便频率值的输入，还设计了菜单键、删除键、步进一、步进十、确认键、输出键等功能键。通过输入0～9数字键，输入设定频率；按下确认键，输出相应频率的波形；按下菜单键，可根据需要按下1，2，3数字键，分别选择1 Hz，10 Hz，100 Hz三个档位的频率步进；按下确认键，此后按下步进+、步进一即可对输出信号进行频率的步进调整；欲重新设定频率只需按下删除键，再次输入预设的频率即可。
该系统中单片机与AD9850采用串行通信方式连接。其中，频率控制字的计算：AD9850的时钟信号采用30 MHz，根据式(1)得：
式中：fo为从键盘上输入的频率值。式(3)计算的结果在不影响精度的情况下舍去小数部分，转换为32位的频率控制字。AD9850有40位控制字，32位用于频率控制，5位用于相位控制，1位用于电源休眠(PowerDown)控制，2位用于选择工作方式。这40位控制字可通过并行方式或串行方式输入到AD9850。实际应用中，工作方式选择位通常设定成00，该系统中AD9850的40位控制字高8位设置为00H。串行接口方式下需满足的时序关系为：在W_CLK的上升沿，引脚D7上的数据自最低有效位开始逐位串行移人输入寄存器，40位数据输入结束后，任何W_CLK上升沿到来，都会造成数据顺序移出并导致原来数据无效。此时，FQ_UD端的上升沿将40位数据装入频率／相位控制寄存器，更新芯片的输出频率和相位，同时把地址指针复位到第一个输入寄存器，等待下一组新数据的写入。AD9850的控制字串行输入时序图如图6所示。
该系统的总程序框图如图7所示，程序开始后，运行初始化程序，包括初始化单片机MSP430F149、初始化AD9850、初始化液晶显示模块1602等。然后扫描键盘状态，检查到有键按下就运行键值处理程序，对按键值进行查表处理，之后执行相应的子程序。输入的信号相关信息通过运行液晶显示程序，在LCD上显示正确的输入数据和提示字符。在按下确认键后，MSP430F149计算出所需信号的数据或控制命令，将其传送到AD9850，输出最终信号。
3 系统测试与结果分析
为了检验本系统的实际性能，在完成所有设计后，使用HDSTO22M型示波表对该系统进行实测，经过实验测试系统达到下列性能指标：输出信号频率范围为1 Hz～10 MHz；步进调整为1 Hz，10 Hz，100 Hz三档步进；失真度无明显失真；输出电压峰峰值为1～10 V；频率稳定度优于10-4。
4 结 语
在此给出一种基于DDS芯片AD9850和MSP430F149单片机的嵌入式信号源设计方法，该信号源可输出频率范围为1 Hz～10 MHz的正弦波和方波，且具有频率设定1 Hz，10 Hz，100 Hz多档步进调整和幅度调节的功能。可以通过按键进行频率值设定，并有LCD显示波形的频率等信息，经实验测试，在1 Hz～10 MHz频率范围内，得到的正弦波方波信号具有频率稳定性好，频率准确度高及频率分辨率高等特点。
该设计的创新点在于：将DDS芯片AD9850与超低功耗的MSP430F149单片机结合，提出了具有较高性价比和集成度、低功耗的嵌入式信号源设计方案；并且AD9850与MSP430F149采用串行连接方式，节省单片机的I／O资源，便于系统的功能扩展和产品升级。该信号源具有精度高，频率范围宽，频率输出稳定，体积小，功耗低，控制灵活方便的特点，可广泛应用于日常教学和科研工作中，如果再经过结构优化，将具有良好的市场前景。
评论