基于DDS的正弦信号发生器的设计

[摘 要] 本文主要描述以DDS技术为基础实现信号发生器的方案,以及用AD9851芯片作为核心元件, 以AT89S52单片机为主控器件,LCM1602点阵式字符型液晶显示模块作为显示器以及4X4键盘构成的数控精密频率合成器的制作。该频率合成器的频率输出范围为0-70MHz,频率分辨率为1Hz,可用于时钟信号产生、业余电台的本机振荡器等电路。

[关键词] 直接数字频率合成器 直接数字频率合成器专用芯片 单片机 点阵式字符型液晶显示模块

1.引言

信号发生器是最重要的测量仪器之一,作为电子技术领域中最基本的电子仪器,广泛应用于航空航天测控、通信系统、电子对抗、电子测量、科研等各个领域中。它能满足测试系统的多种要求,成为了系统综合测试中不可缺少的组成部分。

信号发生的主要实现方法根据实现思路可以分为模拟式和数字式,根据实现方法可以分为直接法、锁相法、直接数字法和混合法四种。在信号发生的几种技术当中,直接数字合成技术出现得最晚,但近年来发展得最快。随着大规模集成技术和数模混合信号集成技术的发展,单片集成的DDS芯片纷纷出现,在应用领域内大有后来居上的势头。

2.设计

本设计基于DDS技术,采用AD9851芯片及AD603,利用直接数字频率合成技术,实现了一个频率可调的正弦信号发生器,经过设计和电路测试,输出波形达到了很高的精度.原理图如下:

设计以DDS芯片AD9851为电路核心,AT89S52单片机为控制核心,显示器采用LCM1602字符型液晶显示器,因为DDS频率合成器的合成频率范围宽,且分辨率达到1Hz,如果采用频率步进的方法进行频率调整就变得很费事且不太现实,所以采用直接输入频率的方式,输入接口为4X4键盘,可提供16个有效按键。三种单位(Hz,KHz,MHz)选择,可方便频率的输入。RF放大电路使用ADI公司的宽带可控增益放大器,带宽达90MHz,在本文中RF放大器的增益控制通过调整可变电位器实现,如果采用带有A/D转换的单片机,那么增益控制可由单片机自动控制,由于AT89S52单片机没有A/D转换功能,故由调整电位器来人工调整。单片机P1口接4X4键盘,P2.0、P2.1、P2.2分别接AD9851的DATA、CLK、LOAD三通信端口。P0口以及P2.4、P2.5、P2.6接液晶显示器,P2.7为液晶显示器的背光控制,高电平有背光,低电平无背光。C17与R12组成单片机的上电复位电路,单片机采用12MHz晶体作为时钟。

在本电路中AD9851采用串行的数据输入方式,所以数据是从第25脚(D7)输入,将3(D1)、4脚(D0)接高电平,第2脚(D2)接低电平,以满足并联输入转串联输入的硬件要求。因为本电路之要求输出正弦波,为了电路的工作稳定所以将内部高速比较器的两个输入端接地。在很多电路里第22脚复位端是直接接地的,试验中发现,这样接电路很不稳定,在很多时候接通电源给DDS送数据后,DDS并不工作,最后仔细阅读AD9851的Datasheet后发现,RESET(22脚)在上电后要有一个高电平脉冲作为复位信号,该复位信号的宽度为不小于5个时钟宽度即可,故在22脚上接了由R1与C2组成的复位电路,从此以后电路工作很正常,在送数据后从未出现过DDS不工作的问题。从DAC输出的信号经过由L1、L2、C7、C8、C9、C10、C11、C12组成的截止频率为75MHz的低通滤波器后将信号送入由AD603组成的可控增益放大电路,这里采用了AD603的典型接法,1脚和2脚的电压差决定了AD603的增益,如果1脚的电压大于2脚的电压,则AD603处于放大状态,差值越大增益越高;反之1脚的电压小于2脚的电压AD603将会衰减输入信号,增益控制灵敏度为25mV/Db,通过调整R10调整放大器的增益。

在通电以后,单片机首先对以液晶显示器进行初始化,进入输入频率界面,接下来键盘扫描程序开始工作,当有数字键按下,经过按键消抖后取出键值,将该值按键入的顺序存储到指定的内存单元,并将数字显示在液晶显示器上,跳回按键扫描程序,等待下一个数值的输入,在有效数值输入完毕后按单位键,单片机将按顺序把存入内存的数据取出并进行运算,运算完毕后进行数据调整,然后送入AD9851,再调用显示,将输出频率显示出来,之后单片机将指定的内存单元清零,进行按键扫描,等待新数据的输入,在有新数据输入时,单片机会将显示值清屏以显示新输入的值。

3.电路制作

由于本电路大量采用贴片元件,在制作时应注意焊接技巧,特别是AD9851的焊接,AD9851的引脚间距只有0.65mm,所以在焊接时极易造成短路,所以要特别当心,万一造成引脚短路,这是取一节通编织网(屏蔽线的屏蔽网),给铜编织网上溶上松香将造成短路的焊锡吸掉即可。还有在焊接AD9851是要注意静电,最简单的办法就是将烙铁从电源上拔下,利用余热焊接。该电路无需调试即可正常工作。

参 考 文 献

[1] 戴敏.战术电台发展趋势,通信技术与发展,1997,1:46-48;

[2] 张连江.理想直接数字频率合成器(DDS)原理及谐波和杂散分析.舰船电子对抗,1998,3(3):31-34

[3] 高泽溪,高成.直接数字频率合成器(DDS)及其性能分析.北京航空航天大学学报,1998,24(15):615-618■