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

0 引言
    在電子工程、通信工程、自動(dòng)控制等領(lǐng)域經(jīng)常用到正弦信號(hào)發(fā)生器，傳統(tǒng)的正弦信號(hào)發(fā)生器通常有兩種：一是由分立元件和集成的信號(hào)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(diǎn)。后者雖然實(shí)時(shí)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(jì)復(fù)雜、成本較高。應(yīng)用DDS芯片設(shè)計(jì)的正弦信號(hào)發(fā)生器具有相對(duì)帶寬較寬、頻率轉(zhuǎn)換時(shí)間短、頻率分辨率高等優(yōu)點(diǎn)。因此本文著重介紹了基于DDS技術(shù)的正弦信號(hào)發(fā)生器的設(shè)計(jì)。

1 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)
    本系統(tǒng)設(shè)計(jì)主要包括硬件設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)兩部分，均采用模塊化設(shè)計(jì)方法。其中硬件設(shè)計(jì)主要包括信號(hào)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(shí)現(xiàn)內(nèi)容。軟件設(shè)計(jì)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(hào)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(hào)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(hào)頻率不同，輸出的頻率也有很大的變化，故需要一個(gè)寬頻的放大電路對(duì)其產(chǎn)生的正弦波信號(hào)進(jìn)行放大，并對(duì)信號(hào)進(jìn)行低通濾波；此正弦信號(hào)發(fā)生器選用12864液晶與微控制器相連，實(shí)現(xiàn)信息的顯示。鍵盤可以實(shí)現(xiàn)輸入頻率參數(shù)和命令。

2 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)
    此系統(tǒng)硬件電路設(shè)計(jì)共分為5大部分，分別是信號(hào)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(hào)發(fā)生模塊
    DDS芯片選用AD9850，在精確的時(shí)鐘源作參考頻率源時(shí)，AD9850能產(chǎn)生一個(gè)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(duì)帶寬較寬(輸出頻率帶寬為系統(tǒng)時(shí)鐘頻率的50％)，頻率轉(zhuǎn)換時(shí)間短(當(dāng)系統(tǒng)時(shí)鐘頻率為125MHz時(shí)，轉(zhuǎn)換時(shí)間約為0．1μs)，頻率分辨率高(系統(tǒng)時(shí)鐘頻率為125MHz時(shí)，分辨率小于0．03Hz)等優(yōu)點(diǎn)。
2．2 微控制器
    本設(shè)計(jì)的微控制器采用的是STC89C52，具有功耗低、抗干擾性強(qiáng)、結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、易于開發(fā)等優(yōu)點(diǎn)，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(hù)。系統(tǒng)工作時(shí)，單片機(jī)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(hào)。  AD9850與單片機(jī)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(shí)現(xiàn)DDS與單片機(jī)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(jì)選用了12864的圖形液晶顯示模塊與單片機(jī)相連接，從而實(shí)現(xiàn)信息的顯示。12864LCD具有顯示內(nèi)容大、顯示豐富等優(yōu)點(diǎn)，能實(shí)現(xiàn)良好的人機(jī)界面、接口簡(jiǎn)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(jī)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(hào)實(shí)際上是經(jīng)過D／A轉(zhuǎn)換器得到的信號(hào)，該信號(hào)中包含有高頻成分，為了減小和抑制該高頻信號(hào)分量，在DDS后接低通濾波器對(duì)該信號(hào)進(jìn)行濾波。該設(shè)計(jì)中采用兩級(jí)LC低通濾波器，電路如圖3所示。

    DDS直接輸出的信號(hào)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(jì)
    本系統(tǒng)軟件主要有三個(gè)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(duì)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(duì)頻率的顯示；鍵盤模塊用來設(shè)定信號(hào)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(cè)試
    在波形輸出端接YB5400系列數(shù)字存儲(chǔ)示波器，檢測(cè)該系統(tǒng)是否能產(chǎn)生標(biāo)準(zhǔn)的正弦波，檢驗(yàn)設(shè)定的頻率和該系統(tǒng)實(shí)際輸出的波形的頻率是否一致，記錄三次測(cè)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(jiǎn)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(hào)發(fā)生模塊，保證了系統(tǒng)的高精度。此設(shè)計(jì)方案可以改善現(xiàn)有的正弦信號(hào)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。可以作為一般的正弦信號(hào)發(fā)生器使用。