雷達(dá)信號(hào)波形的產(chǎn)生有兩種基本方法，即模擬法與數(shù)字法。隨著數(shù)字技術(shù)的發(fā)展，在產(chǎn)生復(fù)雜雷達(dá)信號(hào)波形方面，數(shù)字產(chǎn)生方法越來越顯示出其優(yōu)越性。直接數(shù)字頻率合成(DDS)技術(shù)是一種新型的波形產(chǎn)生技術(shù)。與傳統(tǒng)的模擬技術(shù)波形產(chǎn)生法相比，DDS技術(shù)波形產(chǎn)生方法的優(yōu)點(diǎn)在于：波形選擇靈活、波形格式豐富、可產(chǎn)生任意波形輸出、相位連續(xù)、可編程及穩(wěn)定度高、易于調(diào)整及控制靈活、集成度高且電路簡(jiǎn)單等，而且可通過數(shù)控電路對(duì)DDS輸出波形的頻率、幅度、相位實(shí)行精確的控制。雷達(dá)信號(hào)波形產(chǎn)生系統(tǒng)可作為雷達(dá)系統(tǒng)性能測(cè)試的信號(hào)源。
1 系統(tǒng)概述
　　基于DDS技術(shù)的雷達(dá)波形產(chǎn)生系統(tǒng)如圖1所示。系統(tǒng)主要由DDS芯片AD9854、單片機(jī)芯片89C51、鍵盤控制與顯示電路、時(shí)序控制電路及高速開關(guān)等組成。

　　雷達(dá)波形產(chǎn)生系統(tǒng)可產(chǎn)生的信號(hào)樣式包括：?jiǎn)晤l連續(xù)波" title="連續(xù)波">連續(xù)波、單頻脈沖、線性調(diào)頻" title="線性調(diào)頻">線性調(diào)頻脈沖(Chirp)，其波形圖分別如圖2、圖3和圖4所示。

　　系統(tǒng)工作過程如下：系統(tǒng)初始化后由鍵盤通過鍵盤控制電路向單片機(jī)輸入波形樣式產(chǎn)生碼及波形產(chǎn)生所需參數(shù)，AD9854在單片機(jī)系統(tǒng)的控制下，按指令要求產(chǎn)生各種幅度、各種頻率及調(diào)制方式的信號(hào)。
　　需產(chǎn)生單頻連續(xù)波時(shí)，只需將產(chǎn)生連續(xù)波的頻率和幅度等數(shù)值，由單片機(jī)寫入到AD9854相應(yīng)的控制寄存器中，然后由單片機(jī)P1.3向AD9854(UPDATE腳)發(fā)數(shù)據(jù)更新脈沖，AD9854便輸出相應(yīng)的單頻連續(xù)波信號(hào)，經(jīng)帶通濾波器抑制雜散干擾并放大后，通過射頻開關(guān)輸出，射頻開關(guān)在單片機(jī)P1.5控制下，一直處于導(dǎo)通狀態(tài)，使系統(tǒng)輸出連續(xù)波。
　　需產(chǎn)生單頻脈沖時(shí)，對(duì)AD9854的編程與產(chǎn)生單頻連續(xù)波時(shí)是相同的，此時(shí)AD9854輸出相應(yīng)的單頻連續(xù)波信號(hào)，而周期脈沖的形成則依靠TH計(jì)數(shù)器組和TL計(jì)數(shù)器組來完成。TH計(jì)數(shù)器組計(jì)數(shù)時(shí)，輸出控制信號(hào)控制射頻開關(guān)導(dǎo)通，TL計(jì)數(shù)器組計(jì)數(shù)時(shí)，射頻開關(guān)不導(dǎo)通，系統(tǒng)輸出單頻脈沖信號(hào)" title="脈沖信號(hào)">脈沖信號(hào)。TH和TL計(jì)數(shù)器組的預(yù)置數(shù)由單片機(jī)編程通過鎖存器" title="鎖存器">鎖存器提供。根據(jù)實(shí)際需要編程單片機(jī)向鎖存器輸出所需預(yù)置數(shù)，可產(chǎn)生周期(TL+TH)和脈寬(TH)可變的單頻脈沖，其波形如圖3所示。
　　AD9854的特點(diǎn)之一是可以產(chǎn)生線性調(diào)頻脈沖(chirp)，只需對(duì)頻率調(diào)諧字(FTW1)、頻率步進(jìn)" title="步進(jìn)">步進(jìn)字(DFW)、頻率步進(jìn)時(shí)鐘字(RRC)和特殊功能寄存器作適當(dāng)編程，AD9854即可按照規(guī)定的起始頻率、步進(jìn)斜率和步進(jìn)方向產(chǎn)生線性調(diào)頻脈沖，其波形如圖4所示。
　　具體控制過程如下：?jiǎn)?dòng)一次Chirp模式后，將產(chǎn)生線性調(diào)頻脈沖所需參數(shù)寫入AD9854中FTW1、DFW和RRC寄存器，并由每一個(gè)TL脈沖上升沿向AD9854發(fā)出Update Clock脈沖，將FTW1、DFW和RRC寄存器中工作參數(shù)送入AD9854內(nèi)核，AD9854輸出的線性調(diào)頻信號(hào)經(jīng)由TH計(jì)數(shù)器組控制的射頻開關(guān)輸出，這樣系統(tǒng)便輸出線性調(diào)頻脈沖。
2 系統(tǒng)硬件電路及軟件設(shè)計(jì)
2．1系統(tǒng)硬件電路
2.1.1 單片機(jī)與DDS的數(shù)據(jù)接口
　　AD9854是一個(gè)高性能、多功能、使用簡(jiǎn)單的DDS芯片。AD9854與89C51單片機(jī)采用數(shù)據(jù)傳輸率高的并行接口，通過對(duì)單片機(jī)的編程，由AD9854的8位數(shù)據(jù)線和6位并行地址線向AD9854內(nèi)部控制寄存器寫入需要的控制字，即可實(shí)現(xiàn)所需功能。
　　這里采用電平轉(zhuǎn)換芯片把單片機(jī)和TTL集成電路所需的5V電平轉(zhuǎn)換為DDS所需的3.3V電平，以實(shí)現(xiàn)單片機(jī)和DDS的電平轉(zhuǎn)換。
2.1.2 TH和TL計(jì)數(shù)器組
　　TH和TL計(jì)數(shù)器組的功用是產(chǎn)生隨需要而變化的雷達(dá)脈沖信號(hào)的重復(fù)周期和脈沖寬度，脈沖寬度由TH計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)時(shí)間確定，脈沖間歇時(shí)間由TL計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)確定，兩者之和為脈沖信號(hào)的重復(fù)周期，其時(shí)間關(guān)系如圖3所示。
　　TH和TL計(jì)數(shù)器組的組成是相同的，都是由三片計(jì)數(shù)器74F161按一定方式連接組成12位二進(jìn)制計(jì)數(shù)器，計(jì)數(shù)值最大可達(dá)2¹²=4096。如果計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)時(shí)鐘CLK為1MHz(T=1μs)，則TH和TL計(jì)數(shù)器組的計(jì)數(shù)時(shí)間分別可達(dá)4096μs，完全可以滿足多種雷達(dá)脈沖信號(hào)對(duì)脈寬和重復(fù)周期的要求。
　　單片機(jī)P0口輸出的不同數(shù)值經(jīng)鎖存器向TH或TL計(jì)數(shù)器組并行置數(shù)，可使計(jì)數(shù)器組以微秒為單位，計(jì)數(shù)時(shí)間在4096μs內(nèi)任意設(shè)定。如脈寬為600μs，則對(duì)TH計(jì)數(shù)器組并行置數(shù)為4096－600=3496(3496需轉(zhuǎn)換為二進(jìn)制數(shù))，在計(jì)數(shù)時(shí)鐘CLK的作用下，TH計(jì)數(shù)器組從3496開始計(jì)數(shù)到4096，此時(shí)計(jì)數(shù)器組輸出Q0～Q11為全“1”，再通過與非門輸出低電平到計(jì)數(shù)器的使能控制端，使計(jì)數(shù)器停止計(jì)數(shù)，計(jì)數(shù)時(shí)間為600μs。
　　單片機(jī)P0口輸出TH和TL所需的數(shù)值到鎖存器，鎖存器在來自P1.0和P1.1的跳變信號(hào)作用下，分別將TH和TL數(shù)值鎖存。 TL計(jì)數(shù)器組在來自P1.2的跳變信號(hào)作用下，使鎖存器輸出數(shù)值并行置數(shù)到TL計(jì)數(shù)器組里，計(jì)數(shù)時(shí)間可根據(jù)需要在4096μs內(nèi)任意設(shè)定。TH和TL計(jì)數(shù)器組設(shè)計(jì)成互鎖控制，即TH計(jì)數(shù)器組計(jì)數(shù)時(shí)，TH計(jì)數(shù)器組輸出經(jīng)邏輯電路，控制TL計(jì)數(shù)器組停止計(jì)數(shù)；反之TL計(jì)數(shù)器組計(jì)數(shù)時(shí)，TH計(jì)數(shù)組器計(jì)數(shù)停止計(jì)數(shù)。這種設(shè)計(jì)達(dá)到了盡可能減少占用單片機(jī)的工作時(shí)間，使單片機(jī)能以更高的速度處理波形產(chǎn)生所需數(shù)據(jù)，實(shí)現(xiàn)快捷的控制。
2.1.3 鍵盤控制與顯示電路
　　鍵盤控制與顯示電路由鍵盤/顯示接口芯片8279、譯碼器、鎖存器、4×5鍵盤、8位LED和LED驅(qū)動(dòng)器等組成。
　　鍵盤中有數(shù)字鍵0～9以及與數(shù)字鍵配合使用的確認(rèn)鍵、命令(功能)鍵(F、PF、LF、JF、TH、TL、DFW)和清除鍵。命令鍵和數(shù)字鍵控制波形產(chǎn)生系統(tǒng)產(chǎn)生不同樣式和波形參數(shù)的雷達(dá)信號(hào)波形，其中各命令鍵所代表的功能是：F表示系統(tǒng)輸出連續(xù)波；PF表示系統(tǒng)輸出單頻脈沖波；LF表示系統(tǒng)輸出線性調(diào)頻脈沖；JF表示跳頻功能；TH表示脈沖信號(hào)寬度；TL表示脈沖間歇時(shí)間寬度；DFW表示調(diào)頻頻率步進(jìn)控制字。清除鍵用于清除各鍵輸入。功能鍵按下后，波形參數(shù)(工作和跳頻步進(jìn)頻率數(shù)值、脈沖信號(hào)寬度、重復(fù)周期數(shù)值以及頻率步進(jìn)控制字)可由數(shù)字鍵設(shè)定，然后再按確認(rèn)鍵確認(rèn)。
　　顯示器采用8位8段LED數(shù)碼管和編碼掃描方式顯示。LED₀-～LED₁顯示波形參數(shù)單位(頻率單位為MHz，TH和TL為μs)；LED₂-～LED₅顯示波形參數(shù)數(shù)值；LED₆-～LED₇ 顯示產(chǎn)生波形的樣式。
2．2 軟件設(shè)計(jì)
　　軟件采用結(jié)構(gòu)化、模塊化設(shè)計(jì)。其主要的功能模塊有：AD9854初始化模塊、鍵盤輸入和顯示處理模塊、單頻連續(xù)波模塊、單頻脈沖波模塊和線性調(diào)頻脈沖波模塊?？刂艭PU選用89C51，各模塊采用匯編語(yǔ)言編程，其系統(tǒng)程序流程圖如圖5所示。