基于CPLD及DDS的正交信號(hào)源濾波器的設(shè)計(jì)

1 引言

由于傳統(tǒng)的多波形函數(shù)信號(hào)發(fā)生器需采用大量分離元件才能實(shí)現(xiàn)，且設(shè)計(jì)復(fù)雜，這里提出一種基于CPLD的多波形函數(shù)信號(hào)發(fā)生器。它采用CPLD作為函數(shù)信號(hào)發(fā)生器的處理器，以單片機(jī)和CPLD為核心，輔以必要的模擬和數(shù)字電路，構(gòu)成的基于DDS(直接數(shù)字頻率合成)技術(shù)、波形穩(wěn)定、精度較高的多功能函數(shù)信號(hào)發(fā)生器。

2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

圖1給出系統(tǒng)設(shè)計(jì)框圖，該系統(tǒng)設(shè)計(jì)主要由CPLD電路、單片機(jī)電路、鍵盤輸入液晶顯示輸出電路以及D/A轉(zhuǎn)換電路和低通濾波器等電路組成。

2.1 頻率合成器

該系統(tǒng)設(shè)計(jì)采用直接數(shù)字式頻率合成DDS(Direct Digital Frequency Synthesis)技術(shù)，采用ROM存儲(chǔ)所需的量化數(shù)據(jù)，按照不同頻率求出頻率控制字。以K為步進(jìn)對(duì)相位累加器進(jìn)行累加，每累加一次，取出累加器的高8 位數(shù)據(jù)送至ROM，ROM根據(jù)不同的地址取出不同的數(shù)據(jù)送TLC7524進(jìn)行轉(zhuǎn)換。再經(jīng)過濾波即可得到所需要波形。由于DDS具有相對(duì)帶寬很寬，頻率轉(zhuǎn)換時(shí)間極短，頻率分辨率高等優(yōu)點(diǎn)。此外，全數(shù)字化結(jié)構(gòu)便于集成，輸出相位連續(xù)，頻率，相位和幅度均可實(shí)現(xiàn)程控。

2.2 幅度控制模塊

幅度控制模塊由DAC0832控制，利用其內(nèi)部電阻分壓網(wǎng)絡(luò)，將其作為數(shù)控電位器。將 TLC7524的輸出波形作為DAC0832的基準(zhǔn)電壓源輸入，其輸出波形為V=(N/256)×Vin,其中N為單片機(jī)輸入的幅度控制字。通過一簡單的電阻分壓網(wǎng)絡(luò)調(diào)整運(yùn)放輸出峰一峰值為0～5 V，再送至DAC0832由單片機(jī)控制其幅度實(shí)現(xiàn)幅度的步進(jìn)，如圖2所示。

2.3 后級(jí)處理模塊

采用二階巴特沃茲低通濾波器。巴特沃茲低通濾波器的幅度函數(shù)是單調(diào)下降的，由于n階低通巴特沃茲低通濾波器的前(2n-1)階導(dǎo)數(shù)在ω=0處為零，所以巴特沃茲低通濾波器也稱最大平坦幅度濾波器。由于該設(shè)計(jì)要求濾除的頻率分量主要為由D/A轉(zhuǎn)換器產(chǎn)生的高頻分量，與系統(tǒng)所要求保留的頻率相差很遠(yuǎn)，所以濾波器在通頻帶內(nèi)的平坦程度比其衰減陡度更為重要，而且巴特沃茲低通濾波器所要的元件值合乎實(shí)際情況，不像其他濾波器要求元件值那么苛刻。

3 硬件電路系統(tǒng)設(shè)計(jì)

3.1 總體設(shè)計(jì)思路

整個(gè)系統(tǒng)以CPLD(EPM7128)、AT89S51、AT28C64(EEP-ROM)為核心。CPLD通過相位累加產(chǎn)生讀取ROM的地址。以單片機(jī)為系統(tǒng)控制的核心，主要功能：給CPLD送頻率控制字，即相位累加器的累加值，以此控制頻率;給D/A轉(zhuǎn)換器送幅度控制字D，控制波形幅度;處理紅外遙控鍵盤;送數(shù)據(jù)給液晶LCD。EEPROM存儲(chǔ)已固化好波形的數(shù)據(jù)。