| Cel i zakres pracy | Założenia do projektu | Układ DDS |
| Schematy | Zdjęcia | Badania |
| Osiagnięte rezultaty | Instrukcja | Prezentacja |
Celem pracy jest projekt i wykonanie układu generatora
funkcyjnego z bezpośrednią syntezą cyfrową wraz z jego oprogramowaniem w języku C i przeprowadzeniem badań.
Zakres pracy obejmuje:
- Opis rodzajów generatorów,
- Opis zagadnienia bezpośredniej syntezy cyfrowej DDS,
- Wybór układu DDS do realizacji generatora,
- Wybór mikrokontrolera AVR,
- Projekt i wykonanie układu generatora,
- Oprogramowanie urządzenia,
- Badanie parametrów zbudowanego generatora,
- Wykonanie instrukcji obsługi.
Przyjęto, że urządzenie ma spełniać następujące założenia:
- Generacja trzech podstawowych przebiegów: sinusoidalny, trójkątny, prostokątny,
- Zakres generowanych częstotliwości od 20Hz do 10MHz z krokiem przestrajania 0.1Hz,
- Zakres regulacji amplitudy od 19 dBm do -66dBm z krokiem 1dB,
- Wbudowany wyświetlacz ciekłokrystaliczny LCD, klawiatura i cyfrowy impulsator,
- Zasilanie z źródła napięcia przemiennego 230V,
- Komunikacja przy pomocy łącza RS-232 z innym urządzeniem (PC),
- Wbudowana pamięć nie ulotna przechowująca nastawione wartości,
- Uziemienie zacisku wyjściowego oraz złącza sygnałowego DB-9.
Schemat blokowy urządzenia
Część centralną stanowi sterujący urządzeniem mikrokontroler AVR.
Kontroluje on wszystkie układy peryferyjne. Wyświetlacz, klawiatura i impulsator realizują podstawową komunikację
generatora z użytkownikiem. Na wyświetlaczu pokazywane są informacje o generowanym sygnale natomiast klawiatura i
impulsator pozwalają na modyfikację wszystkich parametrów.
Urządzenie zasilane jest z zasilacza stabilizowanego, który dostarcza wszystkim blokom wymagane napięcia.
Układ RESET wytwarza sygnał zerujący mikrokontroler, co powoduje jego stabilny i pewny start oraz zabezpiecza
wykonywanie programu w przypadku wahań napięcia zasilającego.
Komunikacja generatora z otoczeniem możliwa jest za pomocą łącza RS-232, którym generator może zostać połączony
z komputerem PC w celu zewnętrznego sterowania.
Układ DDS
Do konstruowanego urządzenia wybrany został programowalny układ AD9833 firmy Analog Devices. Jest on programowalnym generatorem fali sinusoidalnej, trójkątnej oraz prostokątnej. Do generacji przebiegów układ nie wymaga zewnętrznych elementów.
Sterowanie i programowanie układu odbywa się za pomocą interfejsu szeregowego SPI. Maksymalna częstotliwość sygnału zegarowego taktującego transmisję danych wynosi 40MHz. Układ może być zasilany napięciami w zakresie od 2,3 V to 5,5 V. Pobór mocy wynosi 20mW przy 3V. Posiada funkcję zmniejszonego poboru mocy (SLEEP). Funkcja ta daje możliwość wyłączenia nieużywanych sekcji, co pozwala na zredukowanie poboru prądu przez układ, np. można wyłączyć przetwornik C/A, gdy na wyjściu VOUT generowany jest przebieg prostokątny. Układ AD9833 dostępny jest w 10-nóżkowej obudowie typu MSOP.
Schemat ideowy płyty głównej cz.1
Schemat ideowy płyty głównej cz.2
Schemat ideowy przedniego panelu
Schemat ideowy zasilacza
Zakres badań obejmował pomiar częstotliwości, amplitudy i poziom zniekształceń
nieliniowych generowanego przebiegu.
Do badań zostały użyte następujące przyrządy:
Pomiar częstotliwości:
Badanie częstotliwości zostało przeprowadzone dwukrotnie:
- Pierwsze badanie odbywa się dla nieskorygowanej częstotliwości zegara (fzeg_zn = 25MHz) i bez zaokrąglenia wyniku przy wyznaczaniu słowa przestrajającego M,
- Drugie badanie odbywa się dla skorygowanej programowo częstotliwości zegara (fzeg_zn = 24 999 410 Hz) na podstawie pierwszych badań i zaokrągleniu wyniku przy wyznaczaniu słowa przestrajającego M.
Błąd względny częstotliwości wyjściowej w funkcji generowanej częstotliwości
Częstotliwość rzeczywista zegara w funkcji generowanej częstotliwości
Pomiar amplitudy:
Generator obciążono rezystancją 50Ω, wartość skuteczną sygnału mierzono multimetrem cyfrowym HP23301A ustawionym na pomiar przebiegów zmiennych (VAC). Pomiary wykonano w zakresie od 19dBm do -47dBm z krokiem co 1dB i w zakresie od -47dBm do -62dBm co 5dB dla przebiegu sinusoidalnego. Z wyników uzyskanych pomiarów został sporządzony wykres błędu względnego amplitudy.
Wykres błędu względnego amplitudy przebiegu w całym zakresie regulacji wykonany na podstawie pomiarów
Pomiar zniekształceń nieliniowych:
Generator obciążono rezystancją 50Ω, poziom zniekształceń nieliniowych mierzono miernikiem PZM-11. Pomiary wykonano dla przebiegu sinusoidalnego w zakresie od 50Hz do 200kHz. Z wyników uzyskanych pomiarów został sporządzony wykres zawartości zniekształceń nieliniowych w funkcji generowanej częstotliwości.
Wykres zawartości zniekształceń nieliniowych w funkcji generowanej częstotliwości
1. Cele pracy zostały zrealizowane: zaprojektowano, zbudowano i oprogramowano generator funkcyjny z bezpośrednią syntezą cyfrową DDS oraz przeprowadzono pomiary jego podstawowych parametrów.
2. Zbudowany generator posiada następujące parametry:
- Generacja trzech podstawowych przebiegów: sinusoidalny, trójkątny, prostokątny,
- Zakres generowanych częstotliwości od 20Hz do 10MHz z krokiem przestrajania 0.1Hz,
- Zakres regulacji amplitudy od 19 dBm do -66dBm z krokiem 1dB,
- Wbudowany wyświetlacz ciekłokrystaliczny LCD, klawiaturę i cyfrowy impulsator,
- Zasilanie ze źródła napięcia przemiennego 230V,
- Komunikacja przy pomocy łącza RS-232 z innym urządzeniem (PC),
- Wbudowana pamięć nie ulotna przechowująca nastawione wartości,
- Uziemienie zacisku wyjściowego oraz złącza sygnałowego DB9.
3. Zbudowano cyfrowy generator, który całkowicie spełnił założenia postawione w fazie projektowania. Umożliwia on precyzyjne generowanie sygnałów funkcyjnych w szerokim zakresie. Udostępnia możliwość ustawiania wszystkich parametrów przebiegu takich jak: częstotliwość, amplituda, kształt przebiegu, przy pomocy wygodnego w użyciu pokrętła impulsatora lub za pośrednictwem portu szeregowego RS-232. Wszystkie ustawiane parametry są wyświetlane na wyświetlaczu ciekłokrystalicznym. Generator umożliwia zainstalowanie dodatkowego moduł filtru dolnoprzepustowego pełniącego funkcję filtru anty-aliasingowego dla przebiegu sinusoidalnego. Zamontowanie tego filtru pozwoliłoby zmniejszyć poziom zniekształceń harmonicznych zawartych w przebiegu sinusoidalnym.
4. Generator zbudowano w oparciu o specjalizowany układ DDS typu AD9833 oraz mikrokontroler ATMega 32.
5. Zbudowany generator jest urządzeniem rozwojowym. Dzięki sterowaniu portem RS-232 możliwe jest zautomatyzowanie pomiarów. Możliwa jest również rozbudowa oprogramowania o nowe funkcje: modulacja fazy, modulacja częstotliwości, bramkowanie przebiegu, wobulowanie liniowe i logarytmiczne.