基于AD9851的多功能信號(hào)發(fā)生器設(shè)計(jì)

0 引言
信號(hào)發(fā)生器是用來(lái)提供各種測(cè)量所需波形信號(hào)的電子儀器，是一種常用的信號(hào)源，可廣泛應(yīng)用于自動(dòng)控制、科學(xué)試驗(yàn)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(hào)與輸入信號(hào)之間的關(guān)系，為此，常用信號(hào)發(fā)生器來(lái)產(chǎn)生信號(hào)以激勵(lì)系統(tǒng)，同時(shí)觀察和分析系統(tǒng)對(duì)激勵(lì)信號(hào)的響應(yīng)。
現(xiàn)如今，信號(hào)發(fā)生器的應(yīng)用越來(lái)越廣，同時(shí)也對(duì)信號(hào)發(fā)生器的頻率穩(wěn)定度、頻率范圍和輸出信號(hào)的頻率分辨率提出了越來(lái)越高的要求。因此，國(guó)內(nèi)外紛紛采用直接數(shù)字頻率合成技術(shù)來(lái)設(shè)計(jì)制作先進(jìn)的信號(hào)發(fā)生器。本文正是基于DDS原理，采用DDS集成芯片AD9851設(shè)計(jì)并制作出了多功能信號(hào)發(fā)生器。用該方法設(shè)計(jì)的多功能信號(hào)發(fā)生器具有頻率穩(wěn)定、變頻快速、幅值穩(wěn)定、波形失真度低、電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單等特點(diǎn)。

1 硬件設(shè)計(jì)
1．1 硬件電路整體結(jié)構(gòu)
信號(hào)發(fā)生器系統(tǒng)的硬件整體結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。它主要由單片機(jī)控制模塊、鍵盤與顯示模塊、數(shù)字合成模塊以及信號(hào)處理模塊組成。其中，信號(hào)的產(chǎn)生由單片機(jī)控制模塊和數(shù)字合成模塊實(shí)現(xiàn)，鍵盤與顯示模塊用來(lái)實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互功能，信號(hào)處理模塊則用來(lái)對(duì)信號(hào)進(jìn)行后期處理。

用戶可以從儀器面板上的按鍵輸入命令，隨后相關(guān)數(shù)據(jù)會(huì)顯示在液晶顯示器上，同時(shí)由單片機(jī)控制DDS芯片AD9851輸出正弦波或方波，再通過(guò)后級(jí)信號(hào)調(diào)理電路，輸出所需的各種波形信號(hào)。
1．2 信號(hào)產(chǎn)生與控制電路設(shè)計(jì)
信號(hào)的產(chǎn)生與控制部分可由單片機(jī)STC516RD與DDS芯片AD9851組成。設(shè)計(jì)中，兩芯片可以共用同一個(gè)30 MHz晶振。一方面，它可滿足單片機(jī)的高速工作要求；另一方面，當(dāng)30MHz從AD9851的REFCLK引腳輸入后，可在芯片內(nèi)部經(jīng)過(guò)6倍頻產(chǎn)生180 MHz的時(shí)鐘信號(hào)。在此基礎(chǔ)上，AD9851就可以輸出較高頻率的信號(hào)。
設(shè)計(jì)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(diào)節(jié)電路中電阻鏈的總電阻100 Ω并聯(lián)得到。RSET引腳用來(lái)設(shè)置其內(nèi)部數(shù)模轉(zhuǎn)換器的滿度輸出電流值。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，輸出的滿度電流的峰峰值應(yīng)為：

從AD9851的使用說(shuō)明書中可知：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(bǔ)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(hào)。在電路設(shè)計(jì)時(shí)，應(yīng)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(nèi)部高速比較器同相端的輸入信號(hào)，并通過(guò)其外圍電路的設(shè)計(jì)，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(hào)。其信號(hào)產(chǎn)生電路如圖2所示。

1．3 人機(jī)交互電路設(shè)計(jì)
本設(shè)計(jì)采用獨(dú)立式鍵盤，即單片機(jī)的5個(gè)I／O口直接與5個(gè)按鍵相連。5個(gè)按鍵的設(shè)置為：菜單選擇鍵MENU，上切換鍵MU，下切換鍵MD，數(shù)值增加鍵UP，數(shù)值減小鍵DN。通過(guò)按鍵可對(duì)所需信號(hào)的頻率、幅度及功能進(jìn)行控制和調(diào)節(jié)。由于本設(shè)計(jì)中，系統(tǒng)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(shè)計(jì)選用液晶顯示器OCMJ4×8C。該顯示器在受干擾后，經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)刷新可以恢復(fù)正常工作，同時(shí)具有可選的串行通信接口，并自帶字庫(kù)，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(shè)計(jì)時(shí)應(yīng)將時(shí)鐘接入引腳SCLK，數(shù)據(jù)輸入引腳STD和復(fù)位引腳分別與單片機(jī)的3個(gè)I／O口相連，并將背光源正極接+5 V，負(fù)極接地。