基于DDS芯片ADC9850控制的函数信号发生器\A组基于DDS芯片ADC9850控制的函数信号发生器

### 基于DDS芯片ADC9850控制的函数信号发生器 #### 1. 系统设计 ##### 1.1 设计思路 在本设计中，目标是开发一个能够产生高质量信号的信号发生器，特别是针对正弦波、方波和三角波信号。这些信号在科学研究、工业生产和电子设备测试等领域中极为重要。为了实现这一目标，系统采用了直接数字合成（DDS）技术，特别是AD9850 DDS芯片与STC89S52单片机的组合。 ##### 1.2 信号发生器实现方案选择与论证 **方案一**：通过双稳态触发器产生方波信号，再通过积分器将方波转化为三角波，最后使用二极管整形网络将三角波转化为正弦波信号。这种方案虽然简单，但不易实现程控，且调试较为复杂。 **方案二**：采用ICL8038专用函数信号发生器芯片，能够同时产生正弦波、方波和三角波。该方案易于实现程控，但输出频率范围较窄，难以实现精确调节，不符合题目要求。 **方案三**：使用AD9850 DDS芯片产生信号，并配合STC89S52单片机作为核心控制单元。此方案能够产生频率转换快、分辨率高的信号，输出频率范围宽，相位噪声低，信号纯度高，易于实现程控。 综合考虑，本设计选择了**方案三**，因为DDS技术不仅能够产生快速频率转换、高分辨率和可控相位的信号，还具有宽泛的输出频率范围、低相位噪声以及较高的信号纯度等优势。 #### 2. 单元电路简析 ##### 2.1 信号产生电路 **AD9850芯片**是基于DDS技术的高集成度频率合成器，包含可编程DDS系统、正弦查询表、高性能的DAC（数字模拟转换器）及高速比较器。AD9850支持并行方式下的数据传输，通过8位数据总线D0～D7完成全部40位控制数据的输入。复位信号RESET有效时，输入数据地址并指向第一个输入寄存器，随后在W_CLK上升沿时写入第一组8位数据，并将指针指向下一个输入寄存器。连续五个W_CLK上升沿后，完成全部40位控制数据的输入。当FQ_UD上升沿到来时，40位数据从输入寄存器锁存到频率和相位锁存器，从而更新DDS的输出频率和相位。 AD9850频率输出的通用表达公式为： \[ f_{out} = \frac{k}{2^{32}}f_c \] 其中，\( k \)为频率码，是一个32位的二进制值；\( f_c \)为AD9850的参考时钟频率。 具体而言， \[ k = A_{31}2^{31} + A_{30}2^{30} + \ldots + A_12^1 + A_02^0 \] 其中，\( A_{31}, A_{30}, \ldots, A_1, A_0 \)对应于32位码值（0或1）。 假设AD9850允许的最高时钟频率为125MHz，当\( A_0=1 \)，而其他位均为0时，输出频率最低。本系统选用的是40MHz的参考时钟频率，即AD9850输出频率分辨率为0.015625Hz。 当\( A_{31}=1 \)，而其他位均为0时，输出频率最高为： \[ f_{max} = \frac{2^{31}}{2^{32}}f_c = \frac{1}{2}f_c = 20MHz \] AD9850采用32位的相位累加器将信号截断成8位输入到正弦查询表，查询表的并行输出8位数据直接送到DAC，DAC再输出两个互补的电流。将DAC输出的正弦波通过外部电路回送到AD9850的内部比较器，从而输出方波。方波再经过积分电路和放大电路，输出三角波。三路信号可通过继电器进行选择输出。 本设计通过AD9850 DDS芯片与STC89S52单片机的高效配合，实现了频率范围为10Hz至20MHz的信号发生器，具有出色的频率稳定度和信号纯度，能够满足各种应用场景的需求。