摘要 ：AD9850以芯片为多功用信号源频率组成中心，以单片机(89C52)为操控和数据处理中心，完结了正弦波、方涉及AM、FM、ASK、FSK、PSK 等调制波形的发生和输出。结合键盘和显现部分，完结了恣意频率值的挑选和显现，构成了一个完好有用的信号发生器。该信号发生器可在10 Hz～40 MHz规模内完结恣意频率的输出，步进值和输出幅值可调。经过对体系的终究测验与试验数据剖析标明，该体系具有安稳性好、精度高、且规模宽等长处。
直接数字组成技能(Direct Digital Synthesizer，DDS)是由一个参阅频率源发生多种频率的技能，其选用数字信号操控的相位增量，具有频率转化时间短、频率分辨率高、输出相位接连、可编程、全数字化易于集成等长处。因而，得到了广泛的使用。本文提出了以直接频率组成芯片AD9850为中心的多功用信号源的规划方案，给出了完结多种信号生成的详细办法。
1 直接数字频率组成原理及构成
AD9850是美国AD公司推出的高集成度频率组成器，内含可编程DDS体系和高速比较器，能完结全数字编程操控的频率组成。可编程DDS体系的中心是相位累加器，其由一个加法器和一个N位相位寄存器组成。每来一个时钟脉冲，加法器将频率操控数据与累加寄存器输出的累加相位数据相加，将相加后的成果送至累加寄存器的数据输入端，累加寄存器将加法器在上一个时钟效果后所发生的新相位数据反应到加法器的输入端，以使加法器鄙人一个时钟的效果下持续与频率操控数据相加。这样，相位累加器在参阅时钟的效果下进行线性相位累加，当相位累加器累加满量时就会发生一次溢出，完结一个周期性的动作，这个周期便是DDS组成信号的一个频率周期，累加器的溢出频率便是输出的信号频率。相位寄存器的输出与相位操控字相加后，可输入到正弦查询表地址上。正弦查询表包含一个正弦波周期的数字起伏信息，每个地址对应正弦波中0°～360°规模的一个相位点。查询表将输入地址的相位信息映射成正弦波起伏信号，然后驱动DAC以输出形式量，完结正弦信号的组成。
相位寄存器每经
个fc时钟周期后回到初始状况，相应地，正弦查找表经过一个循环回到初始方位，DDS输出一个正弦波。输出的正弦波周期为
频率操控字与输出信号频率和参阅时钟频率之间的联系为
M=(fout·2N)/fc， 0≤M≤2N-1 (3)
其间，N是相位累加器的字长;M是频率操控字的字长;fc是晶振频率;fout是输出频率，从式(1)～式(3)可看出频率操控字与输出信号频率成正比联系。相位累加器输出位并不悉数加到查询表，而要切断。相位切断减小了查询表长度，但并不影响频率分辨率，对终究输出仅添加一个较小的相位噪声。DAC分辨率一般比查询表长度小2～4位。通常用频率增量来表明频率组成器的分辨率，DDS的最小分辨率为
接上精细时钟源并写入操控字后，AD9850就可发生一个频率和相位都可编程操控的模仿正弦波输出。假如经过内部高速比较器转化后则可得到方波输出。一个根本的DDS结构，主要由参阅时钟、相位累加器、相位调制器、ROM查找表、D/A转化器(DAC)和低通滤波器(LPF)构成，如图1所示。
2 多功用信号源的整体规划
2.1 体系整体规划结构
为完结多功用常用信号源的规划要求，选用AD9850为频率组成中心芯片，AD9850是一个运用先进的DDS技能，并结合集成在一片芯片内的高速、高功能的D/A转化电路和比较器构成一个彻底数控的可编程频率组成器，且具有时钟发生功用的高度集成芯片。当有一个准确时钟源作为参阅频率源时，AD9850 能发生一个频谱很纯的频率或相位可编程的模仿正弦波输出。关于125 MHz参阅时钟，AD9850能发生一个32位频率调整操控字，其导致一个0.029 1 Hz的输出调谐频率分辨率。别的，AD9850选用先进的CMOS工艺，在3.3 V供电时其功耗仅为155mW。
将单片机完结对DDS的操控与微机完结的操控比较，具有编程操控简洁、接口简略、成本低、简单完结体系小型化等长处，因而选用STC89C52单片机作为体系操控芯片，主要功用是完结对外部信号的采样、运算、频率操控，键盘数据接纳、数据传输等;矩阵键盘用于进行正弦波、方波频率参数设定;各个信号的输出挑选，频偏、调准则的设定以及其他功用设置;依照目标要求可完结正弦波、方波、FM波、AM波、PM波的输出。体系整体结构如图2所示。
2.2 单片机与DDS芯片的衔接办法
AD9850的40位频率/相位操控字可经过并行或串行两种办法送入器材。选用并行传输办法，充分发挥芯片AD9850的高速功能。在并行办法下接连输入 5次数据，每次输入8位(1 Byte)，将40位频率/相位操控字送入器材。体系中，单片机经过数据锁存器和操控锁存器来完结对AD9850模块的操控，数据锁存器翻开时，操控锁存器封闭，此刻传输数据;操控锁存器翻开时，数据锁存器封闭，此刻依据AD9850的时序对W_CLK、FQ_UD、RESET履行相应的操作。单片机 89C52操控AD9850作业连线图，如图3所示。
3 多功用信号源各个输出信号完结
3.1 正弦波信号的完结
要得到所需求频率的信号，关键是核算该信号所对应的40位操控字。AD9850中40位操控字其间相位操控占5位，所以相位操控位的精度为 360/25=11.25，依据实际需求设置不同的相位操控字，便可完结不同精度的相位操控，所以相位操控位可选用11.25、22.5、45，90、 180和其的倍数精度来设置，例如选用11.25°，用二进制表明为00001，若相位操控为90°，则操控字为01000。40位操控字中频率操控占 32位，频率操控字M可依据需求输出频率值经式(3)核算得出，再将所核算出的M经过单片机STC89C52并口写入芯片AD9850，AD9850依据操控字来设定相位累加器的步长巨细。AD9850选用32位的相位累加器将信号切断成14位输入到正弦查询表，查询表的输出再被切断成10位后输入到 DAC，DAC再输出两个互补的电流。将波形存储器的输出送到D/A转化器，得到所需频率的正弦波信号。
3.2 AM调制信号的完结
AM调制是调制信号操控高频正弦载波的起伏依照调制信号的规则改动的进程。AM调制中，调制系数Ma是指调制信号与载波信号起伏比，可依据式(5)核算。A、B别离表明波形笔直方向上的最大和最小长度
电路完结选用模仿乘法器集成芯片AD835，载波信号由AD9850模块发生送给AD835的Y1端，调制信号由TLC7528构成D/A转化电路发生送给AD835的X1端，从AD835的W端口输出得到。
3.3 2ASK/2PSK信号的完结
2ASK完结很简略，经过改动电源操控字的0、1状况完结，即调制信号为高电平时，W0为0x00;低电平时，W0信号为0x04。
2PSK调制是经过改动相位操控字完结的。W0的高5位是相位操控字，使W0的最高位(Phase-b4)为1，则相位为π，即调制信号为高电平时，W0为0x00;低电平时，W0为0x80。
2ASK调制和2PSK调制在T0中止中完结。设定不同按键操控AD9850模块输出2ASK波、2PSK波和退出中止。
3.4 FM信号的完结
FM调制是一种使载波频率依照调制信号改动的调制办法。选用直接调频法，先积分再调相完结调频，其长处是提高了中心频率的安稳度。依照要求的频偏值直接调频公式为
fre+(table[i]/127-0.5)xfc (6)
其间，fre为载波信号频率;fc为频偏;table[i]是用于D/A转化的64点电压值中的一点。核算频率值，再核算频率操控字经过单片机并口送入AD9850完结对频率的操控，即完结FM调制。
4 软件规划
4.1 体系主程序
在体系规划进程中，对体系软件选用模块化规划办法。体系软件由监控软件、键盘和显现办理模块、各功用模块和数据模块构成。
体系初始化包含对各个芯片的初始化。对AD9850初始化是向AD9850写入设定的频率/相位操控字，AD9850按设定状况输出所需频率的波形，直到从头对这些操控位进行设定。初始化后，LCD将显现欢迎界面和体系初始状况。键盘办理模块主要是辨认指令、解说指令，并取得完结该指令的相应模块进口，引导进入正常作业程序。体系软件用C言语规划，相关于汇编言语，C言语对机器底层硬件操作较为便利，可读性和可移植性较好。主程序流程图如图5所示。
4.2 AD9850子程序
AD9850的40位频率/相位操控字，经过并行办法接连输入5次，每次输入8位，将40位频率/相位操控字送入器材。在并行输入办法下，单片机经过8位总线D0～D7将外部操控字装载到AD9850的数据输入寄存器，在WCLK的上升沿装入第1 Byte，并将指针指向下一个输入寄存器，接连5个WCLK的上升沿读入5 Byte数据到输入寄存器后，WCLK的边缘就不复兴效果。然后在FQ_UD上升沿到来时，将这40位数据从输入寄存器装载到频率/相位寄存器。这时，DDS的输出频率更新一次，一起将地址指针复位到第一个输入寄存器，以等候下一次的操控字输入，其作业时序如图6所示。
单片机经过操控“数据锁存器”和“操控锁存器”来完结对AD9850模块的操控，数据锁存器翻开时，操控锁存器封闭，此刻传输数据;操控锁存器翻开时，数据锁存器封闭，此刻依据AD9850的时序对W_CLK、FQ_UD、RESET履行相应的操作。AD9850模块的子程序流程图如图7所示。
5 体系测验
5.1 正弦波/方波信号目标测验
经测验，体系可发生20 Hz～40 MHz的滑润正弦波，正弦波在20 Hz～40 MHz频率规模内的频率差错在±0.5%之内，输出电压最小能坚持在0.3 V，最大能坚持约在5 V，频率最小步进可达1 Hz，波形安稳，无失真。测验成果如图8所示。
5.2 2ASK/2PSK测验
示波器调查2PSK和2ASK波形，其间载波为固定频率200 kHz，波形别离如图10和图11所示。
5.3 FM调制波目标测验
使用数字示波器测验FM功能，载波频率为200 kHz，10 kHz/20 kHz二级调理的最大频偏测验数据到达10 kHZ/20 kHz的频偏，详细图画如图12和图13所示。
5.4 AM调制波目标测验
示波器调查AM信号。载波信号频率为10 kHz，调制信号频率为100 Hz。记载每次已调信号的试验成果，核算调准则。调制系数的测验及核算数据调幅波的调准则随调制信号起伏改动线性较好，可以完结10%～100%的调准则。图14和图15所示为载波频率10 kHz，调制频率100 Hz下的AM波，其间，图14调制系数为95%，图15调制系数为45%。
6 结束语
以芯片AD9850为频率组成的中心，以单片机(89C52)为操控和数据处理中心，完结了正弦波、方波、调频和调幅等常用波形的发生和输出，结合键盘和显现部分，完结了恣意频率值的挑选和显现，构成了一个完好的有用的信号发生器。该信号发生器能在10 Hz～20 MHz规模内以恣意频率输出，步进值可调，最小步进可到达1 Hz，起伏0.3～5 V;可在固定载波频率下进行数字键控，发生2ASK/2PSK信号;完结了频偏为10 kHz/20 kHz的调频波;选用AD835乘法器，完结惯例双方带调幅。经体系测验和试验数据的剖析成果标明，该体系具有安稳性好、精度高、规模宽等长处。
