基于AD9833的信号发生器的设计与实现.docVIP

. . 基于AD9833的信号发生器的设计与实现 本文介绍一种基于直接数字频率合成技术（DDS）的信号发生器，该系统采用AD9833 与STC89C51 单片机相结合的方法，以单片机STC89C51为进程控制和任务调度的核心，以DDS 芯片AD9833 为直接数字频率合成器，实现了输出正弦波频率在10Hz～8MHz 范围可调，三角波输出频率在10Hz~1MHz可调，方波输出频率在10Hz~100KHz可调。实验证明，此设计硬件电路结构简单，软件控制灵活，输出信号频率稳定，分辨率高。 （一） 引言 低频信号发生器是一种常用的信号源，广泛应用于物理学、电工学教学实验，电子线路和微机原理、接口技术实验，自动化测控系统等领域。低频信号发生器早期用于模拟某些控制系统调试时所需的信号源，主要是采用了场效应管等纯硬件完成，但波形在峰值时略有失真，效果不太理想。 本文介绍采用美国模拟器件公司的DDS芯片AD9833实现的低频信号发生器，可以产生正弦波、方波和三角波三种波形。 （二）AD9833 电路结构 AD9833 的内部电路主要有数控振荡器（NCO）、频率和相位调节器、正弦查找表（Sine ROM）、数模转换器（DAC）、电压调整器，其功能框图如图 1 所示： 图 1 AD9833 内部框图 AD9833的核心是28位的相位累加器，它由加法器和相位寄存器组成，每来1个时钟，相位寄存器以步长增加，相位寄存器的输出与相位控制字相加后输入到正弦查询表地址中。正弦查询表包含1个周期正弦波的数字幅度信息，每个地址对应正弦波中0°～360°范围内的1个相位点。查询表把输入的地址相位信息映射成正弦波幅度的数字量信号，去DAC输出模拟量，相位寄存器每经过228/K个MCLK采样时钟后回到初始状态，相应地正弦查询表经过一个循环回到初始位置，这样就输出了一个正弦波。输出正弦波频率为： fo＝K（fMCLK/228） 其中，K为频率控制字，由外部编程给定，其范围为0≤K≤228－1。 （三）硬件电路设计 整个硬件系统框图如图2所示 AD8055缓冲放大 AD8055缓冲放大 电源（+5V） 电源（-5V） STC89C51 单片机 键盘 AD9833 图2 硬件系统框图 AD9833是一款低功耗可编程波形发生器，该器件可通过SPI接口和单片机相连，编程能够产生正弦波、三角波、方波输出，输出频率范围为0MHz～12.5MHz。同时AD9833外围电路简单，无需外接元件，输出频率和相位都可通过软件编程，易于调节，频率寄存器是28位的，主频时钟为25MHz时，精度为0.1Hz，主频时钟为1MHz时，精度可以达到0.004Hz。 单片机选用STC89C51，单片机是整个系统的进程控制和任务调度的核心。 1.DDS 模块 DDS 的电路如图3所示，有源晶振为AD9833提供25MHz的系统时钟，单片机通过FSYNC、SCLK、SDATA、三个引脚控制AD9833。AD9833是一块完全集成的DDS（Direct Digital Frequency Synthesis）电路，仅需要1个外部参考时钟、1个低精度电阻器和一个解耦电容器就能产生高达12.5MHz的正弦波。 图3 DDS 部分电路 AD9833 的引脚排列如图 4 所示，MCLK(5 脚)为外部参考频率信号的输入端，SDATA(6 脚)、SCLK(7 脚)、FSYNC(8 脚)组成AD9833的标准三线串行接口，可以与SPI、QSPI、MICROWIRE 或 DSP芯片直接连接。16位串行数据字由6脚输入，在7脚的下降沿被读入AD9833，8脚为频率更新控制信号，可以用作片选信号，当8脚保持低电平时新的控制字写入AD9833中，在8脚的上升沿可以从Vout(10 脚)输出模拟或数字信号，其中三线串行接口操作时序图如图5所示。 图 4 AD9833 引脚图 图 5 AD9833 串行时序图 2.单片机系统电路 单片机系统电路由STC89C51为核心，STC89C51拥有丰富的IO口和片上资源，是目前比较流行的单片机，该部分电路如图6所示，主要有时钟电路，复位电路构成。P3.0、P3.1、P3.7 分别与AD9833的SDATA(6脚)、SCLK(7脚)、FSYNC(8脚)相连，进行SPI接口访问控制。 图6 单片机系统电路 3.输出缓冲放大器 输出缓冲放大电路选用AD8055，AD8055属于超高速运算放大器，高频放大失真小，电路的增益为Rf/R14+1.通过调节电位器Rf可以改变输出电压的幅度。输出缓冲放大电路如图7 所示： 图7 输出缓冲放大电路图 4.键盘和显示电路 键盘采用4×4键盘，如图8所示。 图8 键盘电路图 显示电路用数码管显示，直观方便，如图9所示。 图9 显示电路图 （四）系统软件设计 软件