網(wǎng)絡(luò)化DDS信號(hào)發(fā)生器的設(shè)計(jì)

　　基于DDS技術(shù)的信號(hào)網(wǎng)絡(luò)化信號(hào)發(fā)生器。該信號(hào)發(fā)生器可以連入以太網(wǎng)絡(luò)，在客戶端通過操作軟件可以產(chǎn)生各種波形：三種標(biāo)準(zhǔn)波形和任意波形。

 

　　網(wǎng)絡(luò)化DDS信號(hào)發(fā)生器

 

　　下圖就是本文即將講述的網(wǎng)絡(luò)化DDS信號(hào)發(fā)生器。標(biāo)準(zhǔn)6~9V供電電壓，外部接口采用以太網(wǎng)絡(luò)或者串口，單通道信號(hào)輸出。具體技術(shù)指標(biāo)如下表所示：

 

　　表網(wǎng)絡(luò)化DDS信號(hào)發(fā)生器技術(shù)指標(biāo)

 

　　序號(hào)功能/指標(biāo)描述1具有以太網(wǎng)接口和串行接口兩種接口方式，總線接口自動(dòng)識(shí)別。2+9V/1A桌面供電電源3嵌入式TCP/IP協(xié)議棧，包括TCP、IP、ARP、ICMP、UDP等協(xié)議，具有遠(yuǎn)程控制能力4標(biāo)準(zhǔn)波形產(chǎn)生：包括正弦波、方波、三角波5任意波形產(chǎn)生：通過以太網(wǎng)接口或者串行接口產(chǎn)生任意波形6Chirp信號(hào)等特殊波形產(chǎn)生7輸出頻率范圍：0.01Hz-6MHz8輸出電壓峰峰值：±5V9偏置調(diào)節(jié)范圍：±10V10內(nèi)嵌動(dòng)態(tài)網(wǎng)頁，可以通過瀏覽器對(duì)設(shè)備進(jìn)行操作11應(yīng)用軟件通過Socket對(duì)設(shè)備操作

 

　　對(duì)于這個(gè)東西，我一直覺得很有特點(diǎn)的地方在于嵌入了Web，通過瀏覽器對(duì)其進(jìn)行控制，當(dāng)時(shí)實(shí)現(xiàn)這個(gè)功能樂了我好長(zhǎng)時(shí)間。下面show一下我的測(cè)控界面，另外還做了一個(gè)基于Labview的測(cè)控軟件。

 

　　網(wǎng)絡(luò)化DDS信號(hào)發(fā)生器設(shè)計(jì)原理

 

　　網(wǎng)絡(luò)化DDS的信號(hào)發(fā)生器實(shí)現(xiàn)框圖如下：

 

　　其核心控制單元為52單片機(jī)，一方面用于和網(wǎng)絡(luò)控制模塊或者串行口進(jìn)行數(shù)據(jù)通信，接收命令；另一方面解析執(zhí)行命令，控制DDS模塊以及模擬通道的電壓幅度控制。

 

　　網(wǎng)絡(luò)控制模塊是自行研制的，該模塊就是一個(gè)基于MCU，內(nèi)置TCP/IP協(xié)議棧的通信模塊。該模塊的實(shí)物如下所示：

 

　　網(wǎng)絡(luò)控制模塊采用了winbond的單片機(jī)，該單片機(jī)具有較大的程序存儲(chǔ)空間，MAC+PHY采用了常用的RTL8019，其具有10Mbps的通信速率，在工控領(lǐng)域也算滿足要求了。該芯片是老款的以太網(wǎng)控制器，所以采用ISA的外圍通信接口，簡(jiǎn)單易用。網(wǎng)絡(luò)控制模塊外擴(kuò)了比較通用的接口，可以與其他處理器容易接口。所以該模塊可以看成一個(gè)芯片進(jìn)行使用。

 

　　核心部分的DDS模塊是自行設(shè)計(jì)的，沒有采用當(dāng)時(shí)市面上通用的DDS芯片。整個(gè)DDS的核心部分是在CPLD上實(shí)現(xiàn)的，采用了EPM7128。DDS的實(shí)現(xiàn)框圖如下所示：

 

　　DDS內(nèi)核有一個(gè)相位累加器，其根據(jù)頻率控制字進(jìn)行相位累加，輸出一個(gè)尋址地址，該地址又和相位控制字相加，形成最終對(duì)RAM尋址的一個(gè)地址。這個(gè)RAM中存儲(chǔ)了事先放置的波形表。所以通過控制頻率控制字，就可以改變RAM的尋址步長(zhǎng)，循環(huán)掃描波形表，抽樣輸出波形表中樣點(diǎn)，就可以輸出用戶所需頻率的波形了。所以，DDS的最核心就是加法器。

 

　　抽樣掃描波形表之后輸出量化之后的數(shù)字信號(hào)，所以需要通過DAC進(jìn)行D/A轉(zhuǎn)換。此處DAC采用了TI公司的DAC902，該芯片具有165Msps的轉(zhuǎn)換率，12bit的轉(zhuǎn)換精度。DAC902是電流輸出型，所以需要外加采樣電阻，通過OPA467進(jìn)行I-V轉(zhuǎn)換，得到具有一定階梯性質(zhì)的輸出波形。但由于后繼的運(yùn)放具有低通濾波的作用，所以對(duì)DAC的輸出進(jìn)行了一定程度的平滑。

 

　　輸出信號(hào)的幅度調(diào)節(jié)電路通過一個(gè)串行DAC完成。DDS信號(hào)發(fā)生器采用了TI的DAC7513，DAC7513的輸出作為DAC902的轉(zhuǎn)換參考電壓，從而達(dá)到輸出信號(hào)幅度控制的目的。我認(rèn)為在一般應(yīng)用中這種方案是可行的，但是在有很高精度以及大動(dòng)態(tài)輸出范圍的應(yīng)用中，這種方案是不可取的，DAC7513本身只有12的精度，作為DAC902的參考電壓，需要足夠的穩(wěn)定和純凈，在輸出小信號(hào)時(shí)，這一點(diǎn)很難保證。