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基于DDS技术的正弦交流信号源的设计

发布时间:2020-07-21 18:06:44 阅读: 来源:传动轴厂家

摘要:以设计和实现可以进行功率输出的正弦波信号源为目的,提出了一种基于DDS技术,以单片机为控制核心、AD9850芯片为频率合成器的正弦交流电流信号源的设计方法。该正弦交流电流信号源可以产生频率稳定且频率范围为1~100 Hz,电流幅值可调的正弦电流信号,具有一定的带负载和功率输出能力。该产品创造性地运用单片机向D/A写入电压控制字的方式间接控制和改变AD公司生产的AD603芯片对正弦波信号电压幅值的增益,实现对于同一负载输出交变电流的有效值可调节的功能,为同类信号源产品的功能改进开辟了新的思路。关键词:DDS AD9850;正弦波;信号源0 引言 直接数字合成技术(Direct Digital Syn-thesizer,DDS)是一种用数字控制方法,从一个参考频率源产生多种频率的技术,这种合成技术具有换频速度快、分辨率高、相位噪声低、信号纯度高、可控制相位等优点,被广泛应用于航空、航天、通信、雷达等领域。美国AD公司推出的高集成度的频率合成器AD9850是DDS技术的典型产品之一,AD9850是高稳定度的直接数字频率合成器件,内部包含数据输入寄存器、频率相位数据寄存器、可编程DDS系统、高性能数/模转换器(DAC)和高速比较器,能实现全数字编程控制的频率合成器和时钟发生器。如在AD9850上接入精密时钟源,可产生一个频谱纯净,频率、相位都可编程控制的正弦波信号。本文基于DDS技术的原理和AD9850芯片的优良性能,设计并论述了一种可产生一定频率,可调范围为0~100 Hz的正弦波信号,且具有一定的带载能力,电流幅值可调节(最大可控制输出电流幅值为1 A)的交流信号源。该产品相比于以往的同类产品,进一步改进了其性能,有频率可调、信号稳定的优点,并创造性的使用单片机对D/A的控制,间接实现了对输出电流幅值的调节,从而实现了可调节的功率(电流)输出。1 正弦交流信号源的整体设计思路 该信号源以AVR的ATmega16单片机为核心、AD9850芯片为主体,采用HD7279芯片作为键盘、显示接口。用户可用键盘设定信号频率和输出电流的数值,由单片机将设定频率转换为AD9850的频率控制字并送给AD9850,产生相应频率的正弦波信号,同时单片机将对A/D采集到的电流值与用户设定值进行比较,对输出电流进行闭环反馈控制,最终将输出电流调节为设定值。电路中的低通滤波电路可以有效滤除频率过高的信号,输出环节中设有放大环节和有源滤波环节,可以有效保证正弦波电流信号的带载能力和频率的纯正。电路中还设有信号调理电路,用于将电流互感器测得的交变电流信号电位调整为单片机A/D模块模拟输入的点位。该产品的整体结构图如图1所示。

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2 硬件电路设计2.1 ATmega16单片机的选用 该信号源采用AVR的ATmega16单片机,在结构上,该款单片机由两个具有独立预分频器和比较器功能的8位定时器/计数器,一个具有预分频器、比较功能和捕捉功能的16位定时器/计数器,具有独立振荡器的实时计数器RTC,4通道PWM,8路10位ADC,8个单端通道,TQFP封装的7个差分通道,2个具有可编程增益(1x,10x,200x)的差分通道,面向字节的两线接口,2个可编程的串行USART,可工作于主机/从机模式的SPI串行接口,具有独立片内振荡器的可编程看门狗定时器,片内模拟比较器等组成。 在性能上,该款单片机具有高性能、低功耗的8位AVR微处理器,先进的RISC结构;具有131条指令,大多数指令执行时间为单个时钟周期;32个8位通用工作寄存器,全静态工作;具有非易失性程序和数据存储器,16 KB的系统内可编程FLASH;具有独立锁定位的可选Boot代码区,通过片上Boot程序实现系统内编程;真正的同时读/写操作;具有512 B E2PROM,1 KB的片内SRAM,可以对锁定位进行编程。 运用ATmega16单片机实现对AD9850的控制编程简便,接口简单,成本较低,同时该款单片机体积较小,易实现小型化。因此采用AVR ATm ega16单片机作为该系统的控制核心来向AD9850发送控制字。在本产品中,单片机接人的晶振频率为7.3728MHz。2.2 AD9850芯片接口电路的设计 AD9850内含可编程DDS系统和高速比较器,可实现全数字编程控制的频率合成。可编程DDS系统的核心是相位累加器,由1个加法器和1个N位相位寄存器组成,N一般为24~32。每来一个外部参考时钟,相位寄存器便以步长M递加。相位寄存器的输出与相位控制字相加后可输入到正弦查询表地址上。正弦查询表包含一个正弦波周期的数字幅度信息,每一个地址对应正弦波中0°~360°范围的一个相位点。查询表把输入地址的相位信息映射成正弦波幅度信号,然后驱动DAC输出模拟量。互感器相关文章:互感器原理

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