摘要 体系选用根据DDS作业原理的AD9851，以单片机为操控中心，规划了可产生频率可调的稳幅高精度正弦波、方波信号产生器。输出级经过椭A滤波器去除高频噪声以安稳信号，并选用乙类推免功率扩大器电路以前进体系的负载才能。论述了芯片与外部电路接口的硬件结构并作出具体的体系测验。该规划在50 Ω负载下，输出峰-峰值0～20 V接连可调，整个体系电路简略、功能强大、可扩展性强。
信号产生器是丈量运用中的根底仪器，跟着现代测验方针的逐步多样和数字技能的前进，信号产生器具有更广的运用和更快的开展。其间正弦信号产生器能满意测验体系的多种要求，是电子技能范畴中最根本的电子仪器，广泛运用于电子测控、电子通讯体系和航空测验等各个科研范畴。
直接数字频率组成(Direct Digital Synthesis，DDS)以固定的准确时钟源为基准，运用数字处理模块产生频率和相位均可调的输出信号技能。作为一种新式的频率组成技能，其具有频率分辨率高、频率切换速度快、切换相位接连、输出信号相位噪声低、可编程、全数字化、易于集成、体积小和重量轻等长处。在超大规模集成电路和微电子技能的开展下，现代体积小且功能高的产品正敏捷替代传统的模仿信号频率组成技能，成为处理此类问题的新计划。
1 DDS作业原理
DDS由相位累加器、正弦查找表、DAC和低通滤波器组成。参阅时钟是一个安稳的晶振，相位累加器相似计数器。在每个时钟脉冲输入时。它就输出一个相位增量，即把频率操控字FSW的数据变成相位抽样来确认输出频率。相位增量随指令FSW的不同而不同，用在数据寻址时，正弦查表就把存储的抽样值转化成正弦波起伏的数字量。DAC把数值量变成模仿量，低通滤波滑润地滤掉带外杂散后，得到所需波形。
2 计划比较
计划1 数字锁相环式频率组成技能完成。一个典型的直接式锁相环频率组成器由参阅振动源、参阅分频器、锁相环3部分组成。锁相环在VCO输出端和鉴频器的输入端之间构成的反应回路中加入了一个可变分频器。改动分频比N，即可到达输出不同频率f0的意图，然后完成由fR组成f0。在该电路中，输出频率点距离△f=fR。这种锁相倍频电路有必要经过减小输入频率fi来减小频率距离，这会导致频率转化时刻添加。而输出频率有较大的改动规模，输出距离和频率转化时刻一起减小是对立的。且输出频率改动会使N随之改动，然后环路增益也将大幅改动，形成环路的动态特性急剧改动。
计划2 FPGA完成。在FPGA的内部树立一个正弦信号的数据表。然后在外部时钟的驱动下，读取正弦信号数据表中的数据，再送到高速DAC中进行数模转化就可得到正弦信号。选用FPCA产生的正弦信号频率和幅值的安稳度高，但因为FPGA作业频率一般不能过高，所以输出频率规模不行宽。
计划3 选用直接数字频率组成的专用芯片完成。在参阅时钟操控下，频率操控字由累加器得到相应的相位数据，把此数据作为取样地址，来寻址正弦ROM表进行相位-起伏改换，即可在给定的时刻上确认输出的波形幅值。模仿量方法的方针组成频率信号由DAC将数字量方法的波形幅值转化而成，结合低通滤波器滤除不需求的取样重量，终究接连改动的输出正弦波就由频率操控字决议。该计划具有频谱纯度高、集成度高级特色。因为AD9851自带有32位相位累加数控振动器，就能够产生低相噪、高安稳的频率输出波形。不光输出频率规模宽，且频率分辨率也高。
3 参数核算
3.1 DDS参数核算
条件选用一个30 MHz高安稳有源晶振，既确保了输出频率安稳，减小了高频辐射，也前进了体系的电磁兼容才能。
AD9851的相位累加器为32位，在参阅时钟fs必定的情况下，只需改动AD9851频率操控FSW便可得到要求输出频率f0，它们之间的关系为
3.2 调准则ma的核算
kn是份额系数，即单位调制信号引起的起伏改动;U0是调制信号的直流成分;Ucm，ωcm别离表明载波的起伏与角频率;UΩ，ω别离表明调制波的起伏与角频率
其间，Up为调幅包络的峰值;Uv为调幅包络的谷值。规划中Up为2 047，经过改动调制波的幅值UΩ(UΩpp/2)来到达ma在10%～100%之间、步进10%调理的意图。
3.3 最大频偏△f的核算
模仿调频波(FM)的表达式为
其间，K为FM信号的频率操控字;Kcm为载波信号的频率操控字;△f为最大频偏，λ=fc/2为与体系时钟频率fc和累加器位数N有关的一个常数。这样就能够由调制信号的频率推得信号的频率操控字。
4 硬件电路规划与完成
4.1 直接数字频率组成模块
体系经过单片机操控AD9581频率操控字完成频率组成。调制正弦波信号经A/D采样并行输入改动DDS芯片频率操控字就可完成调频，根本不需求外围电路，且大频偏可由软件设定。
4.2 低通滤波电路模块
考虑到AD9581的输入信号中带有高次谐波重量，体系在AD9581输出端加入了40 MB椭圆低通滤波电路。在阶数相同的条件下，椭圆低通滤波器比其他滤波器具有更小的带通和阻带动摇，规划电路如图1所示。
4.3 起伏、调幅、调频、调相操控模块
经过滤波的DDS信号作为AD539的Vy1输入。单片机给DAC0832操控字，可产生直流电位，作为AD539Vx1输入，AD539可对DDS信号进行数控幅值扩大。
经过滤波的DDS信号作为载波输入AD539的Vy1。单片机给DAC0832操控字，可产生固定电位+正弦波，作为AD539Vx1输入，AD539能够输出AM波。由公式可核算得出频率操控字，经过单片机把频率操控字写入AD9851就能够产生FM波。
4.4 功率扩大模块
功率扩大部分选用TI公司的THS3001双运放±15 V供电，420 MHZ带宽(C=1，39 dB)，在1 Hz～15 MHz满意本体系的带宽要求，且输出电流可达100 mA，再合作乙级功放扩大，到达中频区输出峰峰值为24 V或选用电流反应型宽带运放AD812。
4.5 峰值检波和自动增益操控模块
运用检波二极管对输出信号检测，得到与信号峰值成份额的直流信号再经运放调整份额系数。TLC2543别离将峰一峰值得到的直流电平转化为数字信号输入MCU，再由MCU操控DAC0832的直流电位，终究到达峰值的安稳。
电源选用THB-20环形变压器，经过变压、整流、滤波、稳压，可提供±15 V和+5 V安稳输出。
4.6 人机接口模块
人机接口包括键盘和显现模块。体系需求16个按键，ZLG7290B能够直接驱动8位共阴式数码管，一起还可扫描办理多达64只按键，键位暗示如图4所示。
显现部分选用LCD240128A热致液晶型图形点阵式显现模块。其由型液晶板、液晶显现操控器、液晶驱动器、背光板等组成。LCD240128A模块内部包括具有8字节的字符产生器CGROM，可外接8 kB的RAM作为外部的显现缓冲区及字符产生器CGROM的液晶驱动操控器，常在智能式电子仪器中用作显现器，以显现各种图形和文本信息。
5 体系测验
5.1 测验办法
本文以正弦信号的产生为例，给出具体的测验数据并做出剖析。
模块测验：将体系各模块别离测验，调通后再进行整机调试。
体系全体测验：将硬件和软件进行体系整机测验。根据规划要求，别离对输出波形、输出电压峰-峰值、输出频率和功率扩大器输出测验。
测验输出电压的峰-峰值时，对扩大电路和AGC电路参数恰当调整，使输出频率在10 Hz～15 MHz之间改动时能够满意Vpp≥5 V。
5.2 测验数据
正弦波频率规模测验接50 Ω负载，对输出电压测验，测验数据如表1所示。
负载为50 Ω选用频率计对输出正弦波进行计数，测验数据如表2所示。
5.3 测验成果
正弦波输出频率1 Hz～37 MHz低频部分低于1 kHz，高频部分高于10 MHz。经过DDS比较器可得到1 Hz～9 MHz方波。
具有Hz，10 Hz，100 Hz，1 kHz，10 kHz，100 kHz，1 MHz这7种步进形式输出信号频率安稳度10～5，优于10～4。在50Ω负载上的电压峰-峰值1 Hz～4 MHz规模内Vpp≥4 V，4 Hz～15 MHz规模内Vpp≥5 V，15～27 MHz规模内Vpp≥1 V，27～37 MHz规模内Vpp≥0.36 V。用示波器调查，1 Hz～27 MHz规模内无显着失真，27～37 MHz规模信号内边际略有颤动。
完成数字操控幅值，幅值设置准确到小数点后一位，并选用自动增益操控电路，可得到安稳的0～6 V幅值输出。
存在人为差错、体系差错、丈量差错和外界搅扰差错，可经过修正电路，运用更高功能芯片，前进仪器精度，削减外界搅扰等方面来改进。
6 结束语
运用DDS技能的信号是无任何反应环节的一个开环体系，其产生的波精度高且差错小。因为DDS的数字处理延时是首要频率转化时刻，一般仅为ns量级。输出分辨率在参阅时钟频率和相位累加器的位宽满意必定的要求时能够细小。本规划有用处理了数字锁相环式频率组成技能，在高分辨率和快速转化速度之间的对立，避免了传统方法转化时刻长的问题。DDS在改动频率时只需改动频率操控字，而无需改动原有的累加值，故改动频率时相位是接连的。但是，因为DDS存在频率升高时杂散和噪声也会增大的固有缺点，且实际情况中恣意波产生具有特殊性，所以DDS技能还有待前进。
