基于AD9852的正弦信号发生器设计

### 基于AD9852的正弦信号发生器设计 #### 一、引言 基于直接数字频率合成技术（Direct Digital Synthesis, DDS）的正弦信号发生器是一种能够产生频率和幅度均可控的高质量正弦信号的设备。这种发生器广泛应用于信号源、军事雷达和通信系统等领域。本文将详细介绍如何使用AT89S51单片机控制AD9852 DDS集成芯片来实现这一目标，并重点介绍硬件电路设计以及频率、幅度控制的关键技术。 #### 二、DDS技术简介 DDS技术的核心优势在于其能够精确而快速地处理频率和相位，在数字处理器的控制下，DDS能够实现极高的频率和相位分辨率（频率可控范围可达微赫兹级别，相位控制小于0.09度），并且支持快速的信号变换（输出DAC的转换速率高达300百万次/秒）。这些特性使得DDS在信号源、军事雷达和通信系统中得到了广泛应用。 #### 三、系统组成 本系统采用AT89S51单片机作为控制器，并通过键盘和液晶显示器实现人机交互。用户可以通过键盘输入参数来选择不同的功能、设置输出频率以及控制输出电压幅度等；单片机根据用户设置的参数控制AD9852模块和AD8320模块输出相应的波形；液晶显示器则用于显示当前设置的频率及其步进值。具体系统组成如下： 1. **控制器**：AT89S51单片机。 2. **用户接口**：键盘模块用于功能选择、频率设置及幅度控制；液晶显示器用于显示参数。 3. **核心组件**：AD9852 DDS芯片用于产生正弦波形；AD8320可编程增益放大器用于调整输出信号幅度。 #### 四、硬件电路设计 ##### 4.1 DDS波形产生电路 AD9852是一款高性能的DDS芯片，内置高速D/A转换器及高速比较器，能够在精密时钟源的支持下输出频谱纯净、频率和相位都可编程控制且稳定性良好的模拟正弦波。其主要组成部分包括DDS内核、两个48位的频率寄存器、两个14位的相位寄存器、各工作模式配置寄存器、两个12位的高速DAC、模拟比较器、I/O接口等。 为了确保高精度和低抖动，系统使用了50MHz的有源晶振，通过MC100LBEL16转换为差分时钟信号，并将其连接到AD9852的两个基准频率输入端。根据公式`f_out = k / (2^n * f_ref)`，其中`f_out`为输出信号频率，`k`为频率控制字，`n`为相位累加器的计数容量，`f_ref`为参考时钟频率，可以计算出所需的频率控制字。 ##### 4.2 DDS接口电路设计 由于AD9852的I/O端口数量较多，为了节省单片机资源，设计中使用了3片74HC573作为数据输入和控制端口的状态锁存器，同时在前端加入了74HC07作为驱动增强信号强度。 ##### 4.3 滤波器电路设计 本设计采用了7阶切比雪夫滤波器，通过自绕电感与容值2-100pF的电容组合实现。通过调整电感和电容值，最终确定滤波器带宽为0-20MHz，以满足设计需求。 ##### 4.4 放大器电路设计 本系统的放大电路由AD8320可编程增益功率放大器构成。AD8320是一款低噪声、大功率、最大增益为26dB的线性驱动器，支持256级可编程增益控制，并内置输出匹配电阻，采用串行接口控制。 #### 五、软件设计 软件设计的关键在于如何通过控制DDS芯片内部的编程控制寄存器来得到稳定的输出频率，并能产生模拟调制信号（如AM、FM）以及二进制调制信号（如PSK和ASK）。 1. **软件功能**： - 步进控制； - 控制程控功率放大器AD8320以获得所需的输出功率； - 自行产生AM、FM、PSK、ASK信号； - 控制按键和显示等。 2. **系统程序流程**： - 主程序负责整体协调； - 多个子程序分别负责不同的任务，如频率控制、幅度控制等。 #### 六、结论 基于AD9852的正弦信号发生器是一种高度灵活且性能稳定的信号源解决方案。通过采用先进的DDS技术和精心设计的硬件电路，结合高效的软件控制算法，能够实现频率和幅度的精确控制，适用于多种应用场景。此外，通过进一步优化软件算法和硬件设计，可以进一步提升信号质量，拓宽应用领域。