基于A(yíng)D9851的多功能信號發(fā)生器設計

0 引言
信號發(fā)生器是用來(lái)提供各種測量所需波形信號的電子儀器，是一種常用的信號源，可廣泛應用于自動(dòng)控制、科學(xué)試驗和電子電路等相關(guān)領(lǐng)域。但在分析電路時(shí)，也常常需要了解輸出信號與輸入信號之間的關(guān)系，為此，常用信號發(fā)生器來(lái)產(chǎn)生信號以激勵系統，同時(shí)觀(guān)察和分析系統對激勵信號的響應。
現如今，信號發(fā)生器的應用越來(lái)越廣，同時(shí)也對信號發(fā)生器的頻率穩定度、頻率范圍和輸出信號的頻率分辨率提出了越來(lái)越高的要求。因此，國內外紛紛采用直接數字頻率合成技術(shù)來(lái)設計制作先進(jìn)的信號發(fā)生器。本文正是基于DDS原理，采用DDS集成芯片AD9851設計并制作出了多功能信號發(fā)生器。用該方法設計的多功能信號發(fā)生器具有頻率穩定、變頻快速、幅值穩定、波形失真度低、電路結構簡(jiǎn)單等特點(diǎn)。

1 硬件設計
1．1 硬件電路整體結構
信號發(fā)生器系統的硬件整體結構框圖如圖1所示。它主要由單片機控制模塊、鍵盤(pán)與顯示模塊、數字合成模塊以及信號處理模塊組成。其中，信號的產(chǎn)生由單片機控制模塊和數字合成模塊實(shí)現，鍵盤(pán)與顯示模塊用來(lái)實(shí)現人機交互功能，信號處理模塊則用來(lái)對信號進(jìn)行后期處理。

用戶(hù)可以從儀器面板上的按鍵輸入命令，隨后相關(guān)數據會(huì )顯示在液晶顯示器上，同時(shí)由單片機控制DDS芯片AD9851輸出正弦波或方波，再通過(guò)后級信號調理電路，輸出所需的各種波形信號。
1．2 信號產(chǎn)生與控制電路設計
信號的產(chǎn)生與控制部分可由單片機STC516RD與DDS芯片AD9851組成。設計中，兩芯片可以共用同一個(gè)30 MHz晶振。一方面，它可滿(mǎn)足單片機的高速工作要求；另一方面，當30MHz從AD9851的REFCLK引腳輸入后，可在芯片內部經(jīng)過(guò)6倍頻產(chǎn)生180 MHz的時(shí)鐘信號。在此基礎上，AD9851就可以輸出較高頻率的信號。
設計電路中，AD9851將采用高速并行接口工作方式，其IOUT引腳外接的輸出電阻值為50 Ω，它可由R102的100 Ω與其后接幅度調節電路中電阻鏈的總電阻100 Ω并聯(lián)得到。RSET引腳用來(lái)設置其內部數模轉換器的滿(mǎn)度輸出電流值。若要使輸出電壓的峰峰值為0．5 V，而輸出電阻是50 Ω，那么，輸出的滿(mǎn)度電流的峰峰值應為：

從AD9851的使用說(shuō)明書(shū)中可知：RSET=39．93／IOUT，所以，RSET引腳需要接一個(gè)3．9 kΩ的電阻。
IOUTB引腳是IOUT引腳的互補輸出端，它可輸出與IOUT引腳相同的電流，即10 mA的正弦交流信號。在電路設計時(shí)，應在該引腳外接100Ω電阻，以便輸出峰峰值為1 V的正弦波電壓。該電壓可作為AD9851內部高速比較器同相端的輸入信號，并通過(guò)其外圍電路的設計，將比較器的閾值電壓取為0．5 V，從而使AD9851輸出占空比為50％的方波信號。其信號產(chǎn)生電路如圖2所示。

1．3 人機交互電路設計
本設計采用獨立式鍵盤(pán)，即單片機的5個(gè)I／O口直接與5個(gè)按鍵相連。5個(gè)按鍵的設置為：菜單選擇鍵MENU，上切換鍵MU，下切換鍵MD，數值增加鍵UP，數值減小鍵DN。通過(guò)按鍵可對所需信號的頻率、幅度及功能進(jìn)行控制和調節。由于本設計中，系統的外圍器件比較多，同時(shí)還要兼顧其抗干擾能力，所以，本設計選用液晶顯示器OCMJ4×8C。該顯示器在受干擾后，經(jīng)過(guò)數據刷新可以恢復正常工作，同時(shí)具有可選的串行通信接口，并自帶字庫，方便可靠。如果將該液晶的PSB輸入引腳接低電平，則選擇串行工作方式；若將片選引腳CS接高電平，它將始終處于選中狀態(tài)；設計時(shí)應將時(shí)鐘接入引腳SCLK，數據輸入引腳STD和復位引腳分別與單片機的3個(gè)I／O口相連，并將背光源正極接+5 V，負極接地。