Разработка лабораторного генератора синусоидальных колебаний на основе интегральной схемы ad9850

Разработка лабораторного генератора синусоидальных колебаний на основе интегральной схемы AD9850

Воробьев Д.В., Горячев. Н.В.

ФГБОУВПО "Пензенский государственный университет" ra4foc@yandex. ги

Юрков Н.К.

ФГБОУВПО "Пензенский государственный университет"

Аннотация. На основе модульного принципа построения электронных средств, разработан высокочастотный генератор и его алгоритмическое и программное обеспечения. Изложены основные принципы построения синусоидального генератора с использованием унифицированных радиоэлектронных модулей, таких как: Arduino и DDS AD9850. Разработан алгоритм управления DDS-модулем, аппаратно реализованный с помощью модуля Arduino. Программа управления написана на языке высокого уровня С++.

Ключевые слова. Синтезатор, генератор, Arduino, прямой синтез частот.

В устройствах связи одним из основных функциональных узлов является генератор высокочастотного сигнала. Его параметры во многом определяют качество приема и передачи полезного сигнала. Высококачественный генератор должен обладать высокой стабильностью генерируемой частоты. Стабильность обычно достигается применением фазовой автоподстройки частоты или прямого цифрового синтеза (DDS) с использованием опорного генератора с кварцевой стабилизацией. Такие синтезаторы наиболее часто применяются в современных приемопередающих устройствах [Стрельцов и др., 2014], [Сивагина и др., 2013] и оборудовании навигации.

Синтез частот обеспечивает намного более высокую точность и стабильность, чем традиционные электронные генераторы с перестройкой изменением индуктивности или ёмкости, очень широкий диапазон перестройки без каких-либо коммутаций и практически мгновенное переключение на любую заданную частоту.

Разработка генератора

В качестве DDS синтезатора был выбран унифицированный модуль AD9850, управление которым осуществляется при помощи модуля Arduino UNO.

В основе модуля AD9850 лежит микросхема AD9850 от компании Analog Devices. Структура модуля AD9850 показана на рисунке 1.

Разработка лабораторного генератора синусоидальных колебаний на основе интегральной схемы АР9850_

'it 'N.............. V

Цифровые } Со5 (х) Импульсный

значения сигнал

Рис. 1. Структура модуля АБ9850

Для загрузки данных в микросхему А09850 может использоваться как параллельный, так и последовательный интерфейс. При использовании последовательного интерфейса данные (слово длиной 40 бит) подают на вход Т>1 микросхемы. Каждый бит данных сопровождают импульсом положительной полярности на входе синхронизации WCLK. После загрузки управляющего слова по импульсу положительной полярности на входе БС^ИО происходит изменение параметров генерации на новые. Назначение битов управляющего слова приведено в таблице 1.

Таблица 1. Назначение битов управляющего слова.

Номер бита Описание

0 Бит 0 кода частоты

1 Бит 1 кода частоты

• • • • • •

31 Бит 31 кода частоты

32 Управляющий бит

33 Управляющий бит

34 Бит управления питанием

35 Бит 0 кода фазы

36 Бит 1 кода фазы

• • в • • •

39 Бит 4 кода фазы

Выходная частота определяется формулой:

t

I ant 1

где fa-ut — выходная частота, Гц, fta — тактовая частота, Гц, & -32-битное значение частоты.

В нашем случае необходимо синтезировать одну фиксированную частоту. Для управления модулем используем последовательный интерфейс передачи данных. Схема включения модулей показана на рисунке 2.

0

Модуль Агс1шпо

Модуль А09850

УСС

ое оэ то

Ш1

рсгир

7

РЕБЕТ оит

VCC

Рис. 2. Схема включения модулей АгсЬшю и АХ)9850

Задание формируемой частоты и формирование кодового слова осуществляется при помощи Агс1шпо. Управляющая программа написана на языке С++ в среде АМшпоГОЕ. Блок-схема алгоритма управления модулем АЭ9850 показана на рисунке 3.

Начало

\ 1

Ввод переменных Обозначение выводов модуля АтчЬшю

Инициализация модуля А09850

Задание выходной частоты синтезатора

>

Запись слова в модуль АЭ9850

Сброс данных модуля А09850

Коней

Генерация кодового слова

Э05 СХОСК = ] 25000000

8йРгеяиепсу{7100000)

Шпте_№ог(1 = (Ггеяиепсу*рол{2,32))/ВЭ5_СШСК

Рисунок 3. Блок-схема алгоршма управления модулем АХ)9850

В данной работе показывается принцип действия синтезаторов и приводится пример их разработки.

Разработка лабораторного генератора синусоидальных колебаний на основе

интегральной схемы AD9850_

Использование унифицированных модулей упрощает задачу разработки, а применение технологии DDS позволяет получать стабильное значение частоты с высокой точностью. Подобное построение позволяет создавать современные устройства синтеза гармонических колебаний как для устройств, содержащих оптические элементы [Бростилов, 2013], так и для устройств, эксплуатируемых на подвижных объектах где предъявляются жесткие требования к надежности оборудования [Полтавский и др., 2014], [Жаднов, 2013]. Благодаря применению унифицированных модулей удалось сократить время разработки синтезатора и избежать проблем свойственных процессу разработки печатного узла электронного устройства [Трифоненко и др., 2012], [Горячев и др., 2011]. Таким образом, разработано, современное, технологичное устройство.

Список используемых источников

[Бростилов, 2013] Бростилов С.А. Технологическое проектирование высокотемпературных волоконно-оптических датчиков давления. Автореферат диссертации на соискание ученой степени кандидата технических наук : 05.11.14 / Санкт-Петербургский государственный университет аэрокосмического приборостроения. Санкт-Петербург, 2013.

[Горячев и др., 2011] Горячев Н.В. Опыт применения систем сквозного проектирования при подготовке выпускной квалификационной работы / Н.В. Горячев, Н.К. Юрков // Известия Пензенского государственного педагогического университета им. В.Г. Белинского. 2011. № 26. С. 534-540.

[Жаднов, 2013] Жаднов В.В. Сравнительный анализ методов оценки надежности полупроводниковых интегральных микросхем / В.В. Жаднов // Новые информационные технологии в автоматизированных системах. 2013. № 16. С. 132-137.

[Полтавский и др., 2014] Полтавский A.B. Модификация модели системы управления подвижным объектом / A.B. Полтавский, Н.К. Юрков // Надежность и качество сложных систем 2014. № 1 (5). С. 65-70.

[Стрельцов и др., 2014] Стрельцов H.A. SDR-трансиверы и их применение / H.A. Стрельцов, Н.В. Горячев, В.А. Трусов // Труды международного симпозиума Надежность и качество. 2014. Т. 1. С. 281-282.

[Сивагина и др., 2013] Сивагина Ю.А. Разработка ретранслятора радиосигналов и его компьютерной модели / Ю.А. Сивагина, Н.В. Горячев, Н.К. Юрков, И.Д. Граб, В .Я. Баннов // Современные информационные технологии. 2013. № 17. С. 207-213.

[Трифоненко и др., 2012] Трифоненко И.М. Обзор систем сквозного проектирования печатных плат радиоэлектронных средств / И.М. Трифоненко, Н.В. Горячев, И.И. Кочегаров, Н.К. Юрков // Труды международного симпозиума Надежность и качество. 2012. Т. 1. С. 396-399.

Секция Информатизация педагогики