智能化2米波段测向信标台设计与制作－数字直接合成部分
直接数字频率合成技术是继直接频率合成技术、锁相环频率合成技术之后的第三代频率合成技术。它是从相位概念出发直接合成所需要波形的一种新的频率合成技术，在电信与电子仪器领域被广泛使用。随着时代的快速发展，直接数字频率合成器（DDS）在频率合成领域占据越来越重要的位置。虽然它有杂散丰富和带宽较窄的缺点，但瑕不掩瑜，它低成本、低功耗、高分辨率和快速转换时间等众多优点是其他频率合成技术难以达到的。本次毕业设计是基于单片机用直接数字频率合成技术产生150MHz的高稳定度的信号源。一个基本的DDS电路是由相位累加器、波形存储器、数模转换器和低通滤波器组成。考虑到要产生高频率高稳定度的信号源，硬件设计设计过程中决定在DDS电路后面增加倍频器和放大器模块。关键词 直接数字频率合成器，倍频器，放大器
目 录
1 引言 1
1.1 频率合成技术 1
1.2 DDS的发展历史 2
1.3 DDS在国内的发展状况 3
1.4 本课题的研究内容及思路 4
2 信号发生器的理论分析 4
2.1 DDS的基本概念 4
2.2 DDS的基本结构 4
2.3 倍频器的工作原理 5
2.4 倍频器的分析 6
3 总体设计方案 7
3.1 系统设计原理 7
3.2 总体设计框图 8
4 信号发生器的硬件设计 8
4.1 单片机控制模块 8
4.2 键盘输入模块 12
4.3 LCD显示模块 13
4.4 DDS模块 14
4.5 倍频器模块 18
4.6 放大器模块 21
4.7 倍频器整体电路 23
4.8 PCB的设计 24
4.9 本章小结 26
5 信号发生器的软件设计 26
5.1 软件开发环境 26
5.2 程序设计流程 27
5.3 本章小结 27
6 DDS的测试与分析 28
结论 32
致谢 33
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: *351916072*
参考文献 34
附录 35
1 引言
近年来，随着电子技术的高速发展，在空间通信、雷达测量、制导武器、卫星导航和电子对抗等领域对信号频率的稳定度和精确度的要求越来越高。例如，在无线电短波通信设备中，信号频率的稳定度和精确度应不劣于105数量级；在宇宙探测通信中，信号频率的稳定度和精确度甚至要求达到1011数量级。在现代社会应用中，在很宽的频率范围内拥有大量且稳定的工作频率点被越来越多的通信设备所要求。尤其在进行波段工作的通信设备方面，不但要求其信号拥有相当高的稳定度和精确度，而且要求其信号频率转换迅速且方便，这个时候就用到了频率合成技术[1]。
1.1 频率合成技术
频率合成技术是利用一个或多个参考频率产生多个工作频率的技术。基于这种技术制造的设备称作频率合成器。频率合成器在大多数电子系统中代表着“心脏”。在遥控测控、卫星导航、雷达测量、空间通信和无线电定位等电子设备中都需要一个高性能的频率合成器。频率合成器性能的好坏直接影响到电子设备的系统功能[2]。
频率合成技术诞生于上世纪三十年代，经过两次的重大改革已经迈入成熟阶段。从其发展过程来看，频率合成技术主要有三种：直接频率合成技术、锁相环频率合成技术和直接数字频率合成技术。
1.1.1 直接频率合成技术
直接频率合成技术是最早出现最先使用的频率合成技术，它是利用一个或多个参考频率经过倍频、混频、分频等途径直接得到多个工作频率的技术。输出的信号再经过滤波器滤波后得到平滑的信号频率。
假如用多个晶体振荡器作为参考频率源，那么各基准频率相互之间的混频是独立的，这就构成了非相干式直接频率合成。这种技术只适用于获取单一频率的信号，当需要合成多个具有相同稳定度和精确度的频率信号时，其实现起来则十分的困难，且成本很高，这时候相干式频率合成就取代了它。相干式频率合成只用一个晶体振荡器作为参考频率源，然后利用倍频、分频、混频等方法经过加、减、乘、除等四则运算直接合成所需的信号频率[3]。
直接频率合成技术具有稳定度高、转换速度快、相位噪声低等优点，但也存在成本高、体积大、结构复杂、杂散分量大等缺点，且不能做到任意频率的合成。目前，除了雷达测量领域仍使用直接频率合成技术外，其它领域已淘汰此技术。
1.1.2 锁相环频率合成技术
直接频率合成技术的局限性导致出现一种新的频率合成技术，即锁相环频率合成技术。它利用一个或多个参考频率源，通过谐波发生器混频和分频等方法产生大量的谐波或组合频率，然后用锁相环把压控振荡器的频率锁定在某一谐波或组合频率上，由压控振荡器间接产生所需频率输出[4]。锁相环频率合成器的基本结构主要由压控振荡器、鉴相器、可变分频器和环路滤波器四部分组成。它具有成本低、体积小、相位噪声低等优点，但也存在分辨率较低、频率转换时间较长等缺点。目前，它通常使用在移动通信和雷达测量领域。
1.1.3 直接数字频率合成技术
直接数字频率合成技术是在直接频率合成技术的基础上诞生的频率合成技术。它采用数字采样存储技术，通过控制相位变化来进行频率合成。直接数字频率合成技术能通过一个或多个的参考频率源合成所需的信号频率。直接数字频率合成技术的诞生是频率合成技术历史上的第二次改革，它在诸多领域所展现出来的性能远远超过以往的频率合成技术所能达到的水平。
直接数字频率合成技术具有太多的优点，如频率分辨率极高、频率捷变很快、输出相对带宽很宽、变频相位连续、易于控制、集成和实现功能扩展。当然，直接数字频率合成技术也有它的局限性。一个是杂散丰富，另一个是带宽较窄，这两个因素阻碍了直接频率合成技术的发展[5]。
综上所述，尽管DDS技术仍有不足之处，但它在诸多领域所展现出来的优越性能令它在频率合成领域应用最为普遍。
1.2 DDS的发展历史
随着时代的快速发展，锁相环频率合成技术已经不能满足人们的需求，人们为了得到更快的频率转换速度，重新想到了第一代频率合成技术——直接频率合成技术。在此基础上人们研究设计出了直接数字频率合成器（DDS），这是频率合成技术历史上的第二次重大改革。它信号的产生是利用数字计算机和数模变换器得到的。直接数字频率合成技术诞生于上世纪七十年代，它的诞生预示着频率合成技术发展进入新的篇章，标志着频率合成技术迈进光辉的第三代。
目 录
1 引言 1
1.1 频率合成技术 1
1.2 DDS的发展历史 2
1.3 DDS在国内的发展状况 3
1.4 本课题的研究内容及思路 4
2 信号发生器的理论分析 4
2.1 DDS的基本概念 4
2.2 DDS的基本结构 4
2.3 倍频器的工作原理 5
2.4 倍频器的分析 6
3 总体设计方案 7
3.1 系统设计原理 7
3.2 总体设计框图 8
4 信号发生器的硬件设计 8
4.1 单片机控制模块 8
4.2 键盘输入模块 12
4.3 LCD显示模块 13
4.4 DDS模块 14
4.5 倍频器模块 18
4.6 放大器模块 21
4.7 倍频器整体电路 23
4.8 PCB的设计 24
4.9 本章小结 26
5 信号发生器的软件设计 26
5.1 软件开发环境 26
5.2 程序设计流程 27
5.3 本章小结 27
6 DDS的测试与分析 28
结论 32
致谢 33
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: *351916072*
参考文献 34
附录 35
1 引言
近年来，随着电子技术的高速发展，在空间通信、雷达测量、制导武器、卫星导航和电子对抗等领域对信号频率的稳定度和精确度的要求越来越高。例如，在无线电短波通信设备中，信号频率的稳定度和精确度应不劣于105数量级；在宇宙探测通信中，信号频率的稳定度和精确度甚至要求达到1011数量级。在现代社会应用中，在很宽的频率范围内拥有大量且稳定的工作频率点被越来越多的通信设备所要求。尤其在进行波段工作的通信设备方面，不但要求其信号拥有相当高的稳定度和精确度，而且要求其信号频率转换迅速且方便，这个时候就用到了频率合成技术[1]。
1.1 频率合成技术
频率合成技术是利用一个或多个参考频率产生多个工作频率的技术。基于这种技术制造的设备称作频率合成器。频率合成器在大多数电子系统中代表着“心脏”。在遥控测控、卫星导航、雷达测量、空间通信和无线电定位等电子设备中都需要一个高性能的频率合成器。频率合成器性能的好坏直接影响到电子设备的系统功能[2]。
频率合成技术诞生于上世纪三十年代，经过两次的重大改革已经迈入成熟阶段。从其发展过程来看，频率合成技术主要有三种：直接频率合成技术、锁相环频率合成技术和直接数字频率合成技术。
1.1.1 直接频率合成技术
直接频率合成技术是最早出现最先使用的频率合成技术，它是利用一个或多个参考频率经过倍频、混频、分频等途径直接得到多个工作频率的技术。输出的信号再经过滤波器滤波后得到平滑的信号频率。
假如用多个晶体振荡器作为参考频率源，那么各基准频率相互之间的混频是独立的，这就构成了非相干式直接频率合成。这种技术只适用于获取单一频率的信号，当需要合成多个具有相同稳定度和精确度的频率信号时，其实现起来则十分的困难，且成本很高，这时候相干式频率合成就取代了它。相干式频率合成只用一个晶体振荡器作为参考频率源，然后利用倍频、分频、混频等方法经过加、减、乘、除等四则运算直接合成所需的信号频率[3]。
直接频率合成技术具有稳定度高、转换速度快、相位噪声低等优点，但也存在成本高、体积大、结构复杂、杂散分量大等缺点，且不能做到任意频率的合成。目前，除了雷达测量领域仍使用直接频率合成技术外，其它领域已淘汰此技术。
1.1.2 锁相环频率合成技术
直接频率合成技术的局限性导致出现一种新的频率合成技术，即锁相环频率合成技术。它利用一个或多个参考频率源，通过谐波发生器混频和分频等方法产生大量的谐波或组合频率，然后用锁相环把压控振荡器的频率锁定在某一谐波或组合频率上，由压控振荡器间接产生所需频率输出[4]。锁相环频率合成器的基本结构主要由压控振荡器、鉴相器、可变分频器和环路滤波器四部分组成。它具有成本低、体积小、相位噪声低等优点，但也存在分辨率较低、频率转换时间较长等缺点。目前，它通常使用在移动通信和雷达测量领域。
1.1.3 直接数字频率合成技术
直接数字频率合成技术是在直接频率合成技术的基础上诞生的频率合成技术。它采用数字采样存储技术，通过控制相位变化来进行频率合成。直接数字频率合成技术能通过一个或多个的参考频率源合成所需的信号频率。直接数字频率合成技术的诞生是频率合成技术历史上的第二次改革，它在诸多领域所展现出来的性能远远超过以往的频率合成技术所能达到的水平。
直接数字频率合成技术具有太多的优点，如频率分辨率极高、频率捷变很快、输出相对带宽很宽、变频相位连续、易于控制、集成和实现功能扩展。当然，直接数字频率合成技术也有它的局限性。一个是杂散丰富，另一个是带宽较窄，这两个因素阻碍了直接频率合成技术的发展[5]。
综上所述，尽管DDS技术仍有不足之处，但它在诸多领域所展现出来的优越性能令它在频率合成领域应用最为普遍。
1.2 DDS的发展历史
随着时代的快速发展，锁相环频率合成技术已经不能满足人们的需求，人们为了得到更快的频率转换速度，重新想到了第一代频率合成技术——直接频率合成技术。在此基础上人们研究设计出了直接数字频率合成器（DDS），这是频率合成技术历史上的第二次重大改革。它信号的产生是利用数字计算机和数模变换器得到的。直接数字频率合成技术诞生于上世纪七十年代，它的诞生预示着频率合成技术发展进入新的篇章，标志着频率合成技术迈进光辉的第三代。
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