基于DDS的程控信號發(fā)生器設計

摘要：采用了直接數字頻率合成技術(DDS)和計算機控制技術，選擇美國Analog Devices公司的高度集成DDS芯片AD9851和AT89S52單片機作為控制器件，設計了一種基于DDS的程控信號發(fā)生器。用C語言進行了軟件應用設計。實驗結果表明，該信號發(fā)生器能較好地產生較高穩(wěn)定度的激勵信號，具有較高的實用價值。
關鍵詞：DDS；信號發(fā)生器；AD9851；AT89S52

信號發(fā)生器是一種常用的信號源，廣泛應用于電子電路、自動控制和科學實驗等領域。它是一種為電子測量和計量工作提供符合嚴格技術要求的電信號設備。信號的頻率和穩(wěn)定度是信號發(fā)生器的重要指標，一般的信號發(fā)生器很難滿足特定的要求，本文運用計算機控制技術和直接數字頻率合成技術(Direct Digital Frequency Synthesis)開發(fā)出基于DDS的程控信號源。

1 系統(tǒng)總體設計
AD9851可以與多種單片機連接，以完成數據傳遞與控制等。本設計采用Atmel的單片機AT89S52。
AD9851與AT89S52的接口電路如圖1所示。

該系統(tǒng)的硬件設計包含四個模塊：
(1)數據傳送控制電路。數據傳送控制電路的主要功能是將AD9851所需要的頻率／相位控制字通過AT89S52微處理器以并行方式或串行方式輸入到AD9851的控制字寄存器。根據電路設計的整體思路和資源配置，這個電路可采用并行輸入方式為AD9851輸送40位頻率／相位控制字。
(2)鍵盤控制電路。利用鍵盤可以實現(xiàn)向單片機輸入數據、傳送命令、切換功能等。鍵盤可分為獨立式鍵盤和矩陣式鍵盤，本設計采用4×8矩陣式鍵盤。
(3)顯示電路。鍵盤和LED顯示器是單片機應用系統(tǒng)中實現(xiàn)人機對話的一種基本方式。在該頻率顯示系統(tǒng)的設計電路中，主要是由6個數碼管、移位寄存器和3個LED指示等組成。
(4)單片機最小系統(tǒng)設計。

2 系統(tǒng)硬件電路設計
2．1 數據傳送控制電路
如前所述，AD9851所需要的40位頻率／相位控制字可通過AT89S52微處理器以并行方式或串行方式輸入到AD9851的控制字寄存器。AD985 1的7腳(FQ_UD：頻率更新控制)，8腳(W_CLK：字輸入時鐘端)，和22腳(RESTET：主復位端)分別由AT89S52單片機的三個I／O口P2．1，P2．0和P2．7控制，以更新AD8951的頻率信號，字輸入時鐘信號和主復位信號，電路連接如圖1所示。
40位頻率／相位控制字是通過AD9851的8位數據輸入端(D0～D7)與AT89S52的P0口的8個引腳(P0．0～P0．7)連接，由AT89S52經過P0口分5次傳送。
數據傳送過程如下：AD9851需要的40位頻率／相位控制字(W0，W1，W2，W3，W4)首先預存儲在AT89S52內部指定的5個8位存儲器中。
(1)將AT89S52的P2．1，P2．0和P2．7全部置零，準備傳送數據。AD9851的22腳(RESTET：主復位端)為高電平有效，當其為高電平時會將AD9851寄存器的所有數據清零。
(2)AD9851把W0數據傳送到P0口，使AD9851的8個數據輸入端(D0～D7)的數值賦為W0。
(3)然后，將單片機的P2．0置為高電平“1”，再將其置“0”，經過AD9851的字輸入時鐘脈沖W_CLK，W0的數值就進入了AD9851的40位數據輸入寄存器。
(4)AD9851把W1數據傳送到P0口，將單片機的P2．0置為高電平“1”，再將其置“0”，經過AD9851的字輸入時鐘脈沖W_CLK，W0的數值就進入了AD9851的40位數據輸入寄存器。如此5次之后，W0～W4五組數據就全部傳送到AD9851的數據輸入寄存器之中。
(5)再將單片機的P2．1置為高電平“1”，使得AD9851的頻率更新控制端(FQ_UD)經過頻率更新控制信號脈沖，W0～W4共五組數據由AD9851的數據輸入寄存器輸入到AD9851的頻率／相位寄存器，刷新頻率／相位寄存器中的原有數值。由此，AD9851的21腳(IOUT端)就輸出由W0～W4決定的一定頻率和相位的正弦波。