基于DDS的程控信號發(fā)生器設(shè)計

摘要：采用了直接數(shù)字頻率合成技術(shù)(DDS)和計算機控制技術(shù)，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(shè)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(yīng)用設(shè)計。實驗結(jié)果表明，該信號發(fā)生器能較好地產(chǎn)生較高穩(wěn)定度的激勵信號，具有較高的實用價值。
關(guān)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(yīng)用于電子電路、自動控制和科學(xué)實驗等領(lǐng)域。它是一種為電子測量和計量工作提供符合嚴(yán)格技術(shù)要求的電信號設(shè)備。信號的頻率和穩(wěn)定度是信號發(fā)生器的重要指標(biāo)，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(shù)和直接數(shù)字頻率合成技術(shù)(Direct Digital Frequency Synthesis)開發(fā)出基于DDS的程控信號源。

1 系統(tǒng)總體設(shè)計
AD9851可以與多種單片機連接，以完成數(shù)據(jù)傳遞與控制等。本設(shè)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(shè)計包含四個模塊：
(1)數(shù)據(jù)傳送控制電路。數(shù)據(jù)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(jù)電路設(shè)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(shù)據(jù)、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(shè)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(yīng)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(shè)計電路中，主要是由6個數(shù)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(shè)計。

2 系統(tǒng)硬件電路設(shè)計
2．1 數(shù)據(jù)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(fù)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(fù)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(shù)據(jù)輸入端(D0～D7)與AT89S52的P0口的8個引腳(P0．0～P0．7)連接，由AT89S52經(jīng)過P0口分5次傳送。
數(shù)據(jù)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(yù)存儲在AT89S52內(nèi)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(zhǔn)備傳送數(shù)據(jù)。AD9851的22腳(RESTET：主復(fù)位端)為高電平有效，當(dāng)其為高電平時會將AD9851寄存器的所有數(shù)據(jù)清零。
(2)AD9851把W0數(shù)據(jù)傳送到P0口，使AD9851的8個數(shù)據(jù)輸入端(D0～D7)的數(shù)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(jīng)過AD9851的字輸入時鐘脈沖W_CLK，W0的數(shù)值就進入了AD9851的40位數(shù)據(jù)輸入寄存器。
(4)AD9851把W1數(shù)據(jù)傳送到P0口，將單片機的P2．0置為高電平“1”，再將其置“0”，經(jīng)過AD9851的字輸入時鐘脈沖W_CLK，W0的數(shù)值就進入了AD9851的40位數(shù)據(jù)輸入寄存器。如此5次之后，W0～W4五組數(shù)據(jù)就全部傳送到AD9851的數(shù)據(jù)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(jīng)過頻率更新控制信號脈沖，W0～W4共五組數(shù)據(jù)由AD9851的數(shù)據(jù)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(shù)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。