基于AD9833函数信号发生器设计.doc

基于AD9833函数信号发生器设计 　　摘 要 介绍一种以直接数字频率合成器（DDS）为核心信号发生器的设计，采用AVR单片机（ATmega128）作为控制器，实现对DDS芯片AD9833的控制，使它能够输出信号稳定度优于10-3的正弦波、方波和三角波信号，输出信号频率在1 Hz～100 kHz范围内可调，具有步进和范围可调的扫频功能。 　　关键词 函数信号；发生器 　　中图分类号：TN78 文献标识码：A 文章编号：1671-7597（2013）24-0029-02 　　1 设计要求 　　设计并制作一台信号发生器，使之能产生正弦波、方波和三角波信号，根据要求我们设计的信号发生器有以下功能。 　　1）信号发生器能产生正弦波、方波和三角波三种周期性波形。 　　2）输出信号频率在100 Hz～100 kHz范围内可调，输出信号频率稳定度优于10-3。 　　3）输出正弦波信号的电压峰-峰值Vopp在0 V～5 V范围内可调。 　　2 系统硬件电路的设计及调试 　　2.1 系统总体框图 　　本系统原理硬件框图如图1所示，由三大部分组成：处理系统和显示部分、信号源部分、信号处理部分。 　　图1 系统原理硬件框图 　　本系统主要设计原理是采用AVR单片机ATmega128作为控制器，通过对DDS芯片AD9833的控制，使它能够产生频率可调的正弦波、方波和三角波信号，信号通过LMH6609运算放大器的放大和缓冲输出。波形选择通过键盘输入选择，频率的调节采用脉冲电位器通过编程的方法实现频率调节，显示部分使用带汉字字库的LCD12864液晶模块。 　　2.2 各个单元电路的原理及设计 　　2.2.1 DDS模块电路 　　DDS模块电路如图2所示，AD9833外围电路很简单，需要外部提供一个参考时钟，电路中我们采用25M的有源晶振为AD9833提供25 MHz的系统时钟。单片机通过FSYNC、SCLK、SDATA、三个引脚控制AD9833。 　　1）功能描述。 　　AD9833是ADI公司生产的一款低功耗DDS芯片。采用10引脚MSOP型表面贴片封装，体积很小，+5 V直流电供电。AD9833包含2个频率寄存器和2个相位寄存器，其模拟输出为：?MCLK/228×FREQEG，其中，FREQEG为所选频率寄存器中的频率字，该信号会被移相：2π/4096×PHASEREC，其中，PHASEREC为所选相位寄存器中的相位字。 　　图2 DDS模块电路 　　2）AD9833的时序特性。 　　AD9833有3根串行接口线，与SPI、QSPI、MICROWIRE和DSP接口标准兼容，在串口时钟SCLK的作用下，数据是以16位的方式加载到设备上。时序图如图3所示。 　　图3 AD9833串行时序图 　　进行串行数据传输时，FSYNC引脚必须置低，然后在串口时钟SCLK的作用下，数据是以16加载到设备上。FSYNC引脚是使能引脚，电平触发方式，低电平有效。FSYNC置低后，在16个SCLK的下降沿数据被送到AD9833的输入移位寄存器，在第16个SCLK的下降沿FSYNC可以被置高，也可以连续加载多个16位数据，仅在最后一个数据的第16个SCLK的下降沿时将FSYNC置高。 　　2.2.2 输出缓冲放大电路 　　输出缓冲放大电路选用美国国家半导体的LMH6609，LMH6609属于超高速运算放大器，其压摆率高达1400 V/?s，增益带宽高达900 MHz，同时输出电流可达90 mA。本系统运放接成同相放大电路，具有输入阻抗高、输出阻抗低等优点，常用于对弱信号的放大，起到缓冲和隔离的作用。电路的闭环增益为：A=R1/R2+1其中，A为闭环增益，即放大倍数，R1为可调电阻。通过调节电位器R1的大小可以改变放大倍数，运放采用双电源6 V供电。R4是电位器，用来调节输入信号幅度的大小，从而改变输出信号的幅度。输出缓冲放大电路如图4所示。 　　图4 输出缓冲放大电路图 　　2.2.3 键盘电路 　　键盘由四个按键构成，通过四个按键来调整输出信号的波形和调节步进，飞梭键方便的实现频率的加减。各个按键的功能定义介绍如下。 　　1）KEY1的功能是波形的选择。按一次输出的波形就从原来的波形变成另一种波形（正弦波→三角波→方波→正弦波），按多次波形可来回循环。 　　2）KEY2的功能是扫频信号的选择。按一次系统自动输出扫频信号，再按一次扫频停止。 　　3）KEY3的功能是增加调整频率步进，按一次按键频率的调整光标左移一位，即频率调节步进增加1→10→100→1000依此类推。 　　4）KEY4的功能是减小调整频率步进，按一次按键频率的调整光标右移一位，即频率调节步进减小1000→100→10→1依此类推。