基于DDS 多功能信號源應用設計

張慶博，潘清泉，郭劉飛，李小亮

（黃河科技學院信息工程學院，河南 鄭州 450000）

在自動化系統(tǒng)、通信系統(tǒng)、電子對抗以及各種電子測量技術中,經(jīng)常需要一個精度高、頻率可調、穩(wěn)定性高的信號源。對比傳統(tǒng)的頻率合成技術,DDS 技術具有數(shù)字化可編程、相位輸出連續(xù)、噪聲低、集成程度高、分辨率高、轉換速度快等優(yōu)點。本文給出了一種以單片機為控制中心，應用DDS 芯片AD9851,設計可調頻正弦波信號源的流程，并通過TFT 液晶顯示器顯示相應輸出信號頻率和幅度等參數(shù)。該信號源系統(tǒng)有很多優(yōu)點功耗非常低、分辨率高、穩(wěn)定性好、相位連續(xù)、數(shù)字化可編程、使用靈活方便。

1 系統(tǒng)結構設計

電路總體設計構成框圖如圖1 所示。電路主要由基于AD9851 的DDS 正交掃頻信號源、AGC 自動增益電路、程控衰減電路、微處理器及薄膜晶體管(Thin Film Transistor,TFT)液晶顯示屏構成。

圖1 基于DDS 技術的信號源設計電路

首先，運用DDS 技術輸出兩路正交信號源，然后由AD9851 內部的高速DAC 進行轉換、濾波后得到兩路幅度相同，頻率相同、相位差可程控調的模擬信號，為確保輸出掃頻信號源在整個頻段內等幅輸出，系統(tǒng)中還加入了自動增益控制電路AGC 和程控衰減電路。再對上述兩路信號進行模數(shù)轉換，由處理器進行數(shù)據(jù)運算并實現(xiàn)處理，最后把其幅頻特性和相頻曲線顯示到顯示器上。鍵盤電路由DDS 信號源按鍵和程控衰減電路的控制鍵共同組成。

2 電路實現(xiàn)

2.1 DDS 信號源設計

DDS 正交信號源設計采用AD9851 芯片。它是美國AD 公司采用先進DDS(直接數(shù)字合成)技術,推出集成度高的DDS電路器件,它內部包含D/A 轉換器和比較器,能夠通過數(shù)字化編程來控制其頻率合成和相同時鐘的發(fā)生。當外部接一個很精密的時鐘源時，AD9851 可以產(chǎn)生一個頻率和相位都能程控、無雜波，穩(wěn)定性和可靠性非常好的模擬正弦波。采用AD9851 芯片、數(shù)據(jù)存儲器以及低通濾波器等構成了一個基本的數(shù)字信號發(fā)生器，如圖2 所示。

圖2 AD9851 信號源電路

2.2 AGC 自動增益模塊設計

基于AD9851 的信號源設計在頻率變化范圍內輸出的幅度并不是穩(wěn)定不變的，而是會出現(xiàn)很大程度的衰減，所以要加一個AGC 自動增益電路，使其在頻率變化范圍內輸出的幅度值基本不變。AGC 自動增益電路如圖3 所示。

2.3 信號調理電路及程控衰減電路設計

該電路使用AD603 芯片。AD603 帶內紋波都比較大，通常采用兩級級聯(lián)，最大增益可達60dB，因此，在級聯(lián)中間加了低通濾波器使通道內平坦，為了使其增益的范圍變得大，在最后一級加入了一個放大電路，用電阻來改變放大倍數(shù)。電路圖如圖4 所示。

3 軟件設計

STM32 處理器選用增強型的STM32F103VC，性能更優(yōu)越。電路軟件設計包括主程序、按鍵掃描、數(shù)字模擬量轉換、運算處理及液晶顯示等程序。STM32 根據(jù)檔位選擇計算頻率、幅度、占空比、相位等送給AD9851 實現(xiàn)波形輸出；單片機內AD 的時序由A/D 子程序控制；STM32 最后進行運算處理，主程序流程圖如圖5 所示。

圖3 AGC_AD603 自動增益電路

圖4 AD603 放大電路

圖5 主程序流程圖

4 測試結果與分析

表1 列出了DDS 信號源在不同頻率點和不同頻率點信號輸出幅度的測試情況。

表1 測量與誤差分析

5 結語

本文給出的基于單片機和AD9851 的正弦波信號源的設計方法。經(jīng)過實際測試兩路輸出波形的相位、頻率、占空比已經(jīng)幅度都可以通過按鍵控制，然后顯示在顯示器上。由于加入了外部電路，其幅頻特性和相頻特性以及分辨率都非常高。誤差＜0.1%。在未來性能的提高和集成化的增加，在自定義波形的基礎上它的應用會更加廣泛。