摘要：文章介紹了一種基于DDS的正弦信號發(fā)生器的設(shè)計方法，對此正弦信號發(fā)生器的硬件部分進行了詳細的論述，并給出了系統(tǒng)的軟件流程框圖。仿真及硬件驗證的結(jié)果表明，此正弦信號發(fā)生器精度高，抗干擾性好，可作為一般的正弦信號發(fā)生器使用。此設(shè)計方案具有一定的實用性。
關(guān)鍵詞：STC89C52；AD9850；正弦信號發(fā)生器；DDS

0 引言
    在電子工程、通信工程、自動控制等領(lǐng)域經(jīng)常用到正弦信號發(fā)生器，傳統(tǒng)的正弦信號發(fā)生器通常有兩種：一是由分立元件和集成的信號發(fā)生芯片構(gòu)成；二是基于FPGA技術(shù)。前者往往存在工作頻率低、功能少、精度不高等缺點。后者雖然實時性好，能滿足復(fù)雜波形的大數(shù)據(jù)量的傳輸要求，但是設(shè)計復(fù)雜、成本較高。應(yīng)用DDS芯片設(shè)計的正弦信號發(fā)生器具有相對帶寬較寬、頻率轉(zhuǎn)換時間短、頻率分辨率高等優(yōu)點。因此本文著重介紹了基于DDS技術(shù)的正弦信號發(fā)生器的設(shè)計。

1 系統(tǒng)總體設(shè)計
    本系統(tǒng)設(shè)計主要包括硬件設(shè)計和軟件設(shè)計兩部分，均采用模塊化設(shè)計方法。其中硬件設(shè)計主要包括信號發(fā)生模塊、微控制器、顯示模塊、數(shù)據(jù)輸入模塊、外圍電路等實現(xiàn)內(nèi)容。軟件設(shè)計包括AD9850操作模塊、液晶顯示模塊、鍵盤模塊等。系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框架圖如圖1所示。

    信號發(fā)生模塊接收微控制器發(fā)送過來的頻率控制參數(shù)和命令，產(chǎn)生不同頻率的正弦波。信號發(fā)生模塊產(chǎn)生的正弦波幅度很小，并隨所產(chǎn)生的信號頻率不同，輸出的頻率也有很大的變化，故需要一個寬頻的放大電路對其產(chǎn)生的正弦波信號進行放大，并對信號進行低通濾波；此正弦信號發(fā)生器選用12864液晶與微控制器相連，實現(xiàn)信息的顯示。鍵盤可以實現(xiàn)輸入頻率參數(shù)和命令。

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計
    此系統(tǒng)硬件電路設(shè)計共分為5大部分，分別是信號發(fā)生模塊、微控制器、顯示模塊、數(shù)據(jù)輸入模塊以及外圍電路。
2．1 信號發(fā)生模塊
    DDS芯片選用AD9850，在精確的時鐘源作參考頻率源時，AD9850能產(chǎn)生一個頻譜很純的頻率或相位可編程的模擬正弦波輸出。AD9850具有32位頻率控制字和8位的相位控制字，具有輸出頻率相對帶寬較寬(輸出頻率帶寬為系統(tǒng)時鐘頻率的50％)，頻率轉(zhuǎn)換時間短(當系統(tǒng)時鐘頻率為125MHz時，轉(zhuǎn)換時間約為0．1μs)，頻率分辨率高(系統(tǒng)時鐘頻率為125MHz時，分辨率小于0．03Hz)等優(yōu)點。
2．2 微控制器
    本設(shè)計的微控制器采用的是STC89C52，具有功耗低、抗干擾性強、結(jié)構(gòu)簡單、易于開發(fā)等優(yōu)點，且支持在線系統(tǒng)編程、無需編程器、方便系統(tǒng)的開發(fā)和維護。系統(tǒng)工作時，單片機將頻率控制參數(shù)和命令發(fā)送給AD9850，AD9850接收到命令后，即可產(chǎn)生相應(yīng)頻率的正弦波信號。  AD9850與單片機之間采用并行接口方式或串行接口方式，在本系統(tǒng)中，采用了串行接口方式實現(xiàn)DDS與單片機的連接。STC89C52與AD9850的接口電路如圖2所示。

2．3 顯示模塊
    此次設(shè)計選用了12864的圖形液晶顯示模塊與單片機相連接，從而實現(xiàn)信息的顯示。12864LCD具有顯示內(nèi)容大、顯示豐富等優(yōu)點，能實現(xiàn)良好的人機界面、接口簡單、性能好、控制方便、顯示效果好。
2．4 數(shù)據(jù)輸入模塊
    為了提高單片機的資源利用率，按鍵部分使用矩陣(4 x 4)鍵盤。這種方法在開關(guān)數(shù)量多的情況下可以節(jié)省很多的接口，并且提高系統(tǒng)接口的利用率。
2．5 外圍電路
    外圍電路主要包括低通濾波電路和放大電路。由于DDS芯片輸出的信號實際上是經(jīng)過D／A轉(zhuǎn)換器得到的信號，該信號中包含有高頻成分，為了減小和抑制該高頻信號分量，在DDS后接低通濾波器對該信號進行濾波。該設(shè)計中采用兩級LC低通濾波器，電路如圖3所示。

    DDS直接輸出的信號幅度最大不超過2V，經(jīng)過濾波器濾波后還不到1V，為了滿足需要，必須有放大電路。在此選用了由OP07組成的放大電路，電路如圖4所示。

3 系統(tǒng)軟件設(shè)計
    本系統(tǒng)軟件主要有三個模塊：AD9850操作模塊、液晶顯示模塊、鍵盤模塊。其中AD9850模塊主要完成對AD9850的初始化和輸出相應(yīng)的頻率控制字；液晶顯示模塊完成對頻率的顯示；鍵盤模塊用來設(shè)定信號的輸出頻率。主流程圖如圖5所示。

    液晶顯示流程和鍵盤掃描流程分別如圖6、圖7所示

4 系統(tǒng)測試
    在波形輸出端接YB5400系列數(shù)字存儲示波器，檢測該系統(tǒng)是否能產(chǎn)生標準的正弦波，檢驗設(shè)定的頻率和該系統(tǒng)實際輸出的波形的頻率是否一致，記錄三次測試結(jié)果。

5 結(jié)束語
    由于采用了STC89C52作為控制器，其靈活的接口、簡單的結(jié)構(gòu)保證了系統(tǒng)能穩(wěn)定地工作，提高了系統(tǒng)的穩(wěn)定性。采用AD9850作為信號發(fā)生模塊，保證了系統(tǒng)的高精度。此設(shè)計方案可以改善現(xiàn)有的正弦信號發(fā)生器結(jié)構(gòu)復(fù)雜、成本高等問題，輸出的波形失真率低?？梢宰鳛橐话愕?strong>正弦信號發(fā)生器使用。