基于DDS技術(shù)的引信信號(hào)發(fā)生器設(shè)計(jì)

劉曼 張亞 李世中

摘要：針對(duì)傳統(tǒng)脈沖引信信號(hào)發(fā)生器多以模擬信號(hào)源產(chǎn)生信號(hào)，信號(hào)精度低，體積大，較難滿足引信作戰(zhàn)技術(shù)要求，結(jié)合微電子和數(shù)字集成電路在軍事領(lǐng)域的迅猛發(fā)展，提出了基于直接數(shù)字頻率合成技術(shù)的脈沖波發(fā)生器。該方法以單片機(jī)AT89C51控制產(chǎn)生波形頻率，以AD9852芯片合成脈沖波形，經(jīng)A/D轉(zhuǎn)化及濾波器處理，產(chǎn)生平滑清晰的脈沖波形。仿真結(jié)果表明：該系統(tǒng)提高了脈沖波形產(chǎn)生的穩(wěn)定度和精度，很好的滿足了現(xiàn)代化作戰(zhàn)的精確要求。

關(guān)鍵詞：脈沖無(wú)線電引信；發(fā)射機(jī)；DDS；單片機(jī)Abstract:Multi-source generates a signal to an analog signal for conventional pulse fuze signal generator, signal accuracy is low, bulky, difficult to meet the technical requirements of the fuze operations, combined with microelectronics and digital integrated circuits rapid development in the military field, made a direct digital frequency-based synthesis of the pulse wave generator. The method to generate the waveform frequency microcontroller AT89C51 control to AD9852 chip pulse waveform synthesis, the A/D conversion and filter processing, resulting in smooth clear pulse waveform. Simulation results show that: the system improves the stability of the pulse waveform generation and accuracy, good to meet modern warfare.

Key words:pulsed radio fuze;transmitter;DDS;single chip microcomputer 無(wú)線電引信的出現(xiàn)是引信發(fā)展史上的一次重大的技術(shù)革命。它利用目標(biāo)的回波信號(hào)所反應(yīng)的速度、位置等信息來(lái)確認(rèn)目標(biāo)，比觸發(fā)引信和時(shí)間引信等具有更強(qiáng)的靈敏性和更快的反應(yīng)速度，已成為引信發(fā)展的主導(dǎo)方向[1,2]。而隨著計(jì)算機(jī)與微電子等技術(shù)的發(fā)展，無(wú)線電引信逐漸走向數(shù)字化。以直接數(shù)字頻率合成技術(shù)（DDS）產(chǎn)生的信號(hào)波形具有高精度、高性能、分辨率高、易于實(shí)現(xiàn)數(shù)字調(diào)制等特點(diǎn)，而且其系統(tǒng)易于集成，功耗低，體積小，可以很好的滿足脈沖無(wú)線電引信發(fā)射機(jī)的設(shè)計(jì)要求[3]。

1脈沖無(wú)線電引信工作原理

一般的脈沖引信工作原理類(lèi)似于脈沖測(cè)距雷達(dá)，如圖1所示。發(fā)射裝置通過(guò)天線發(fā)射一定脈寬及重復(fù)周期的矩形脈沖串，其一部分能量被目標(biāo)反射，引信接收到的目標(biāo)反射脈沖在時(shí)間上比發(fā)射脈沖滯后一個(gè)時(shí)間Δt，即Δt=2R/c,它正比于引信到目標(biāo)的距離R。利用從發(fā)射信號(hào)中提取距離等信息來(lái)控制引信作用[1]。

發(fā)射機(jī)由脈沖信號(hào)發(fā)生器、調(diào)制器，高頻振蕩器及電源組合組成。傳統(tǒng)脈沖信號(hào)發(fā)生器是一個(gè)自激間歇振蕩器，其間歇振蕩器的脈沖重復(fù)頻率為400Hz。本文以DDS芯片AD9852合成脈沖波形，以單片機(jī)AT89C51控制產(chǎn)生波形頻率，經(jīng)A/D轉(zhuǎn)化及濾波器處理，產(chǎn)生平滑清晰的脈沖波形。

2DDS的基本原理與參數(shù)計(jì)算

一個(gè)直接數(shù)字頻率合成器由相位累加器、加法器、波形存儲(chǔ)ROM、D/A轉(zhuǎn)換器和低通濾波器(LPF)構(gòu)成。

直接數(shù)字頻率合成技術(shù)（DDS），是從相位概念出發(fā)，對(duì)需要合成信號(hào)的波形進(jìn)行相位分割，對(duì)分割后的相位值賦予相應(yīng)的地址，然后按時(shí)鐘頻率以一定的步長(zhǎng)抽取相位累加器地址，利用信號(hào)相位與幅度的關(guān)系，輸出幅度樣值，這些幅度樣值的包絡(luò)就反映了需要合成信號(hào)的波形。這樣，當(dāng)波形ROM中存入不同波形幅度值時(shí)，DDS就可以產(chǎn)生任意波了[3]。

相位累加器是DDS的核心部件，其內(nèi)部由級(jí)聯(lián)的加法器和相位寄存器構(gòu)成。在時(shí)鐘脈沖的作用下，加法器將頻率控制字與累加寄存器輸出的數(shù)據(jù)相加，相加后的結(jié)果送到累加寄存器的數(shù)據(jù)輸入端。累加寄存器將加法器在上一個(gè)時(shí)鐘作用后所產(chǎn)生的新相位數(shù)據(jù)反饋到加法器的輸入端，以使加法器在下一個(gè)時(shí)鐘的作用下繼續(xù)與頻率控制字相加。這樣，相位累加器在參考時(shí)鐘的作用下進(jìn)行線性相位累加，當(dāng)相位累加器累加滿量時(shí)就會(huì)產(chǎn)生一次溢出，完成一個(gè)周期性的動(dòng)作，這個(gè)周期就是DDS合成信號(hào)的一個(gè)頻率周期，累加器的溢出頻率就是輸出的信號(hào)頻率[4,5]。

對(duì)于DDS輸出的頻率可由下面的公式計(jì)算得出：

式中：f0表示輸出頻率；K為二進(jìn)制頻率控制字；fc表示內(nèi)部參考時(shí)鐘；N為相位累加器的長(zhǎng)度 。

當(dāng)外部參考時(shí)鐘頻率為50MHz，輸出頻率需要為1MHz時(shí)，系統(tǒng)時(shí)鐘經(jīng)過(guò)6倍頻，使得變?yōu)?00MHz，這樣就可利用以上公式計(jì)算出DDS的需要設(shè)定的頻率控制字K=1×248/300。

3脈沖波形的產(chǎn)生

脈沖ROM查找表可通過(guò)調(diào)用Max+plusⅡ中提供的LPM_ROM兆功能塊設(shè)計(jì)。在程序中調(diào)用兆功能塊，并對(duì)參數(shù)進(jìn)行設(shè)置。

通常，根據(jù)輸出模擬波形的精度要求來(lái)確定D/A轉(zhuǎn)換器的輸入位數(shù)P，其精度為1/2p。一般情況下ROM查找表的位寬M要比D/A轉(zhuǎn)換器的精度多2～4位。此處由于我們選用硬件為8位的D/A，所以波形精度為1/28，ROM位寬為11。

調(diào)用LPM_ROM：

COMPONENT LPM_ROM IS

GENERIC( LPM_WIDTH:POSITIVE:=8;

LPM_WIDTHAD:POSITIVE:=11;

LPM_ADDRESS_CONTROL:STRING := "REGISTERED";

LPM_OUTDATA:STRING := "REGISTERED";

LPM_FILE:STRING:= "SINDATA.MIF";

LPM_NUMWORDS:POSITIVE:=2048);

PORT(ADDRESS:INSTD_LOGIC_VECTOR(LPM_WIDTHAD-1DOWNTO0;

INCLOCK:IN STD_LOGIC;

OUTCLOCK:IN STD_LOGIC;

Q: OUT STD_LOGIC_VECTOR(LPM_WIDTH-1 DOWNTO 0));

END COMPONENT;

4仿真結(jié)果

本系統(tǒng)設(shè)計(jì)完成后，經(jīng)過(guò)MATLAB仿真驗(yàn)證均達(dá)到設(shè)計(jì)要求，從仿真情況看，脈沖波的頻譜純度和穩(wěn)定度比較高。

5結(jié)論

本文介紹了DDS芯片AD9852的原理和特點(diǎn)，設(shè)計(jì)了單片機(jī)控制的DDS芯片產(chǎn)生脈沖信號(hào)的脈沖引信發(fā)射機(jī)，并進(jìn)行了仿真。利用這一電路，通過(guò)鍵盤(pán)輸入不同的頻率控制字就可以改變輸出信號(hào)的頻率(10HZ~120MHZ)。該脈沖發(fā)生器具有頻率分辨率高，頻率切換速度快，體積小，質(zhì)量輕等多個(gè)優(yōu)點(diǎn)，提升了脈沖無(wú)線電引信的作戰(zhàn)性能。

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