基于DSP的任意频谱发生器的研究与设计

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3.0 朱铭铭 2024-09-20 4 4 1.65MB 50 页 150积分

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基于 DSP 的任意波形发生器的研究与设计

基于 DSP 的任意频谱发生器的研究与设计

摘要

在现代电子测量仪器中，测试激励所用的信号发生器是一类十分重要的仪器，随着电子

测量技术与计算机技术的紧密结合，一种新的信号发生器—任意波形发生器应运而生。它可

以产生由用户定义的任意复杂的波形，因而具有广阔的应用发展前景。国内在任意波形发生

器的研制方面相对较晚，应用产品的开发也相对发达国家较为缓慢。因此，对任意波形发生

器的研制进行深人的研究已成为测试领域的一个新的课题，同时对于促进虚拟仪器技术的发

展和应用以及适应自动测试系统的组建和完整性要求都具有深远的意义。

直接数字合成 DDS ( Direct Digital Synthesize)是新一代的频率合成技术，它采用

数字控制信号的相位增量技术，具有频率分辨率高(可达 mHz 至，uHz 量级)，频率切换快(可

达几十 ns 量级)，频率切换时相位连续和相位噪声低以及全数字化易于集成等优点而被广泛

采用。

本文的数字 DDS 的数字正交调制方案是以 AD9857 为核心实现的。论文分析了上变频器

(AD9857 的内部结构、工作原理，阐述了基于 DDS 的数字正交调制器硬件电路的实现原理与

方法，开发了基于 DDS 的八通道并行数字正交调制系统。同时为了实现 PC 机与八通道数字正

交调制器的高速数据交换，开发了基于 EZ-USB FX2 的 USB2.0 数据传输系统，最大限度地降

低了 PC 机与数字信号处理系统间的电磁干扰，提高了信号处理系统内部数据传输速度及硬

件系统的可靠性。在软件设计部分，本文在 VC33 开发环境下，实现了正弦波和任意波软件的

设计。最后，进行整个系统的性能测试和误差、频谱分析。经过分析，该信号发生器具有输出

信号波形种类多、精度高、频带宽等特点。

关键字：数字信号处理；直接数字合成；任意波形；AD9857

基于 DSP 的任意波形发生器的研究与设计 
目录
第一章 绪论..................................................................4
1 课题的研究意义...........................................................................................................................................4
2 任意波形发生器实现方式...........................................................................................................................4
2.1 程序控制输出方式...........................................................................................................................4
2.2 DMA 输出方式...................................................................................................................................5
2.3 可变时钟计数器寻址方式...............................................................................................................5
2.4 直接数字频率合成方式...................................................................................................................5
2 任意波形发生器的研究现状.......................................................................................................................6
3 课题的研究研究内容...................................................................................................................................7
第二章 直接数字频率合成器的原理及性能........................................8
1 频率合成器简介...........................................................................................................................................8
1.1 频率合成技术概述...........................................................................................................................8
1.2 频率合成器主要指标.......................................................................................................................9
2 DDS 的基本原理及性能特点.......................................................................................................................9
3 专用DDS 芯片介绍......................................................................................................................................11
4  AD9857 的内部结构.................................................................................................................................12
5  AD9857 的数据接口.................................................................................................................................14
6 AD9857 的参数设计...................................................................................................................................17
第三章 任意波形发生器的硬件设计...............................................19
1 总体方案设计.............................................................................................................................................19
2 数字正交调制系统设计方案.....................................................................................................................19
2.1 基于 DSP 与 DDS 的数字正交调制系统..........................................................................................19
2.2 基于 DSP 与 DAC 的数字正交调制系统..........................................................................................20
3 基于 DSP 与DDS 的数字正交调制器的设计..............................................................................................21
3.1 数字正交调制器的外围电路.........................................................................................................21
3.2 DSP 与 DDS，FX2 的硬件接口电路...............................................................................................23
4 系统电源设计.............................................................................................................................................27
5 硬件系统功能测试方法.............................................................................................................................29
第四章 任意波形发生器软件的设计...............................................31
1 VC33 程序设计...........................................................................................................................................31
1.1 指令系统........................................................................................................................................31
1.2 集成开发环境 CCS.........................................................................................................................32
1.3 公共目标文件格式 COFF...............................................................................................................32
1.4 VC33 程序引导方法.......................................................................................................................34
1.5 C 语言编程和定时中断.................................................................................................................37
2 主程序软件整体框图.................................................................................................................................40
2.1 正弦波产生软件的设计.................................................................................................................40
2.2 任意波形产生的软件设计.............................................................................................................41
第五章 系统性能分析与测试.....................................................43
1 输出波形测试.............................................................................................................................................43
2 频率及相位测量.........................................................................................................................................43
3 输出阻抗与频率稳定度测量...................................................................................................................44

基于 DSP 的任意波形发生器的研究与设计

6.4 误差分析......................................................................................................................................................45

6. 5 频谱纯度分析...........................................................................................................................................45

第六章全文总结...............................................................47

致谢..........................................................................48

参考文献......................................................................49

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基于DSP的任意波形发生器的研究与设计基于DSP的任意频谱发生器的研究与设计摘要在现代电子测量仪器中，测试激励所用的信号发生器是一类十分重要的仪器，随着电子测量技术与计算机技术的紧密结合，一种新的信号发生器—任意波形发生器应运而生。它可以产生由用户定义的任意复杂的波形，因而具有广阔的应用发展前景。国内在任意波形发生器的研制方面相对较晚，应用产品的开发也相对发达国家较为缓慢。因此，对任意波形发生器的研制进行深人的研究已成为测试领域的一个新的课题，同时对于促进虚拟仪器技术的发展和应用以及适应自动测试系统的组建和完整性要求都具有深远的意义。直接数字合成DDS(DirectDigitalSynthes...

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