O 引言
    自1971年J．Tierney和C．M．Tader等人首次提出了DDS的概念，作為一種先進的信號產生技術，經過近40年的發(fā)展已經廣泛應用于信號源儀器、測量分析儀器、通訊、數(shù)字信號處理、工業(yè)控制，軟件無線電等領域。目前國內外有關雷達信號產生研究的報道很多，國外的研究做得比較全面：多采用軟硬件相結合的設計方式，系統(tǒng)靈活，并滿足信號實時輸出的要求；設計上采用微處理器和DSP技術提高了系統(tǒng)的性能；采用工業(yè)標準的總線結構以及模塊化設計使系統(tǒng)具有良好的通用性、兼容性和可擴充性。
    本文討論的基于AD9957的多波形雷達信號產生器實現(xiàn)方案，融合了RS 232串口通信、FPGA和DDS等多種技術，具有數(shù)字化、多功能和可編程的特點，并在模塊化設計方面做了一些探索和嘗試性研究。

1 整體方案設計
    圖1為多波形雷達信號產生器的總體結構框圖。系統(tǒng)主要由PC軟件，波形控制和波形產生三部分構成。圖1中各部分電路簡介如下。

    (1)PC軟件編程。應用VC編寫人機交互界面，并用其調用Matlab產生的數(shù)據(jù)。
    (2)復位電路。波形產生器的上電復位或手動復位電路，對波形產生器進行上電初始化或手動初始化。
    (3)波形數(shù)據(jù)庫內存RAM。波形數(shù)據(jù)庫內存存儲項目要求的所有波形數(shù)據(jù)，為波形發(fā)生器提供需要的波形數(shù)據(jù)。
    (4)UART收發(fā)器。完成PC與FPGA之間的通信。
    (5)電源電路。為波形產生器、波形控制模塊提供需要的電源。
    (6)波形控制模塊。波形控制模塊接收從接口電路輸入的控制信號，按照系統(tǒng)的要求，完成對波形發(fā)生器的波形數(shù)據(jù)配置，輸出需要的波形信號。
    (7)波形發(fā)生器。波形發(fā)生器是信號產生器的波形信號源。
    (8)FPGA器件配置與編程電路。FPGA器件配置與編程完成對FPGA器件的數(shù)據(jù)編程與配置。
    (9)時鐘電路。為波形產生器和FPGA提供工作時鐘。

2 主要功能模塊介紹
2．1 數(shù)字正交上變頻芯片AD9957介紹
    AD9957是美國AD公司(Analog Devices Inc．)生產的具有18位I，Q數(shù)據(jù)和通路，內置14位數(shù)／模轉換器的數(shù)字正交上變頻集成電路。AD9 957具有32位相位累加器；內置1 024×32 b RAM，可實現(xiàn)內部調制功能；內部采用1．8 V和3．3 V供電，超低功耗；內置的低噪聲參考時鐘倍頻器允許用低成本、低頻外部時鐘作為系統(tǒng)時鐘，同時仍可提供優(yōu)良的動態(tài)性能。AD9957有3種工作模式：正交調制模式、單頻輸出模式、插值DAC模式。
2．2 UART收發(fā)器設計
    本文中PC與FPGA內部RAM間的通信是通過UART收發(fā)器完成的。圖2為通過FPGA設計的UART收發(fā)器的頂層原理圖，主要由uartrx(接收模塊)和uarttx(發(fā)射模塊)兩部分構成。在完成數(shù)據(jù)傳輸?shù)耐瑫r還可以通過集成到Matlab人機界面中的串口調試程序查看FPGA接收到的數(shù)據(jù)的正確性，可以簡化程序調試過程。

2．3 波形控制模塊
    目前波形控制器通常采用單片機、現(xiàn)場可編程門陣列器件和DSP三種方法來實現(xiàn)?；谙到y(tǒng)時序控制要求、電路改動與運行可靠性、開發(fā)成本及周期等多個方面綜合考慮，在設計中選擇FPGA來實現(xiàn)波形控制電路。FPGA不僅可以解決電子系統(tǒng)小型化、低功耗、高可靠性等問題，而且其開發(fā)周期短、開發(fā)軟件投入少、可重復編程使用。圖3為AD9957的波形控制模塊。其中M1和MO是模式控制碼，F(xiàn)[2．．O]是工作區(qū)選擇碼，S_CLK為串口時鐘，S_DATA為串口數(shù)據(jù)。圖4為AD9957控制模塊仿真時序圖，從圖中可以看出S_DATA和S_CLK是一一對應的。

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3 軟件模塊化設計
3．1 設計流程
    圖5所示為目前大多采用的DDS設計流程，首先要根據(jù)系統(tǒng)要求進行波形數(shù)據(jù)設計，并將其以某種格式儲存成文件，隨后用FPGA設計軟件(Quartus等)進行RAM設計，RAM的對應數(shù)據(jù)指定為設計的波形數(shù)據(jù)文件，最后利用邏輯將數(shù)據(jù)配置到DDS中。如若需要修改波形數(shù)據(jù)，就需要將上述步驟進行一次，如若多次修改，是比較繁瑣的。

    圖6所示為本設計中采用的基帶波形數(shù)據(jù)產生流程，通過在軟件界面中輸入波形參數(shù)，采樣率等數(shù)據(jù)，通過軟件算法，產生數(shù)據(jù)并將據(jù)送入FPGA內置的RAM中，在FPGA輸入控制信號的控制下，將采樣數(shù)據(jù)送入DDS芯片中。
3．2 PC軟件
    PC機應用軟件完成所有與波形數(shù)據(jù)相關的運算以及與硬件的數(shù)據(jù)通信功能，如圖7所示為基于Matlab GUI的應用軟件界面界面部分，其包含以下一些功能：

    (1)波形數(shù)據(jù)的產生。對指定的波形形式、脈寬、帶寬等參數(shù)的信號進行仿真，包括時域波形數(shù)據(jù)的運算和頻譜分析、顯示，并保存數(shù)據(jù)。目前可生成LFM，NFLM，相位編碼和三角波的信號形式，如需要可添加任意波形。
    (2)計算機數(shù)據(jù)通信。通過計算機串行口連接系統(tǒng)主板以實現(xiàn)基于RS 232接口的異步串行數(shù)據(jù)通信，接口簡單，配置方便。目的是實現(xiàn)所需波形數(shù)據(jù)由計算機到波形產生硬件存儲器的下載、校驗。
    (3)用戶軟件界面。該界面可完成波形選擇；時寬、帶寬、采樣率、中頻頻率設定；信號時域波形、頻率一時間關系顯示；基帶采樣數(shù)據(jù)生成、下載等功能。
    (4)可移植性?；贛atlab編譯的人機界面的M文件可經Matlab編譯器(cornpiler)轉換為C或C++等不同類型的源代碼，并再次基礎上根據(jù)需要生成可獨立運行的應用程序文件，不需要Matlab環(huán)境的支持，大大擴展了程序的應用范圍。同時對M文件編譯后，運行速度大大提高。

4 實驗結果
    圖8為AD9957工作在單頻輸出模式下，系統(tǒng)時鐘1 GHz，0 dBm，輸出185 MHz點頻頻譜，其雜散優(yōu)于-70 dBc。圖9為AD9957工作在正交調制模式下，帶寬10 MHz，時寬20μs非線型調頻信號頻譜。由于篇幅所限，線性調頻、相位編碼等信號不在此一一列出。

5 結語
    該設計主要討論一種基于DDS的雷達信號的實現(xiàn)方法，系統(tǒng)設計中將軟件與硬件相結合，操作簡便、靈活，并使軟件具有一定的可移植性。Matlab的編程界面使得操作者能夠方便快捷地修改數(shù)據(jù)。實驗結果證明了基于AD9957的多波形雷達信號產生器實現(xiàn)方法的正確性。由于異步通信數(shù)據(jù)傳輸?shù)牡退俾屎虵PGA內置ROM容量的有限性，因此如果在PC與RAM間要求更高速度的數(shù)據(jù)傳輸，可以考慮換用PCI總線或計算機網口傳輸；當需要大時寬信號或采樣數(shù)據(jù)量很大，超出單片F(xiàn)PGA內部存儲器容量，可換用大容量的芯片或外加存儲設備。