基于AD9851的多功能信號發(fā)生器設計

0 引言
信號發(fā)生器是用來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，可廣泛應用于自動控制、科學試驗和電子電路等相關領域。但在分析電路時，也常常需要了解輸出信號與輸入信號之間的關系，為此，常用信號發(fā)生器來產(chǎn)生信號以激勵系統(tǒng)，同時觀察和分析系統(tǒng)對激勵信號的響應。
現(xiàn)如今，信號發(fā)生器的應用越來越廣，同時也對信號發(fā)生器的頻率穩(wěn)定度、頻率范圍和輸出信號的頻率分辨率提出了越來越高的要求。因此，國內外紛紛采用直接數(shù)字頻率合成技術來設計制作先進的信號發(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(wěn)定、變頻快速、幅值穩(wěn)定、波形失真度低、電路結構簡單等特點。

1 硬件設計
1．1 硬件電路整體結構
信號發(fā)生器系統(tǒng)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、鍵盤與顯示模塊、數(shù)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(shù)字合成模塊實現(xiàn)，鍵盤與顯示模塊用來實現(xiàn)人機交互功能，信號處理模塊則用來對信號進行后期處理。

用戶可以從儀器面板上的按鍵輸入命令，隨后相關數(shù)據(jù)會顯示在液晶顯示器上，同時由單片機控制DDS芯片AD9851輸出正弦波或方波，再通過后級信號調理電路，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30 MHz晶振。一方面，它可滿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6倍頻產(chǎn)生180 MHz的時鐘信號。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(jié)電路中電阻鏈的總電阻100 Ω并聯(lián)得到。RSET引腳用來設置其內部數(shù)模轉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為：

從AD9851的使用說明書中可知：RSET=39．93／IOUT，所以，RSET引腳需要接一個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，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，即單片機的5個I／O口直接與5個按鍵相連。5個按鍵的設置為：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。通過按鍵可對所需信號的頻率、幅度及功能進行控制和調節(jié)。由于本設計中，系統(tǒng)的外圍器件比較多，同時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)過數(shù)據(jù)刷新可以恢復正常工作，同時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)；設計時應將時鐘接入引腳SCLK，數(shù)據(jù)輸入引腳STD和復位引腳分別與單片機的3個I／O口相連，并將背光源正極接+5 V，負極接地。