维普资讯第21卷第2期　2008年3月　机电产品开发与　新　Development&Innovation　of　Machinery&Electr ical　Products　VO1.21.No.2　Mar..2008　基于AD9833信号发生器的设计　肖伸平,窦颖艳,曾红兵,邹 恩　(湖南工业大学,湖南株洲 412008)　摘　要:介绍了基于AD9833的信号发生器的设计方案。由单片机AT89S52完成系统的控制功能;幅度控　制采用AD8320可编程增益放大器和D/A转换芯片TLC7528实现:功率放大电路采用高速缓冲器　BUF634,最大可输出250mA的电流。实验表明该系统能够产生正弦波、方波和三角波三种周期性　波形,且能实现从1Hz￣2MHz的稳定输出。频率稳定度优于10-4。　关键词:信号发生器;直接数字频率合成;AD9833　中图分类号:TN782　 文献标识码:A　 文章编号:1002—6673(2008)02—067—03　0引言　直 接 数 字 频 率 合 成 技 术 fdirect　digital　synthesizer.　DDS)是近几年发展起来的一种新的频率合成技术。该　技术具有低成本、低功耗、高分辨率、频率切换时间　短、相位连续、相噪低、结构简单、体积小等优点,广　泛使用在电信与电子仪器领域,是实现设备全数字化的　一项关键技术。作为通信系统的信号发生器也越来越多　地采用了该技术。本文介绍一款基于DDS芯片AD9833　[1-2]信号发生器的设计方案。　1　AD9833芯片　1.1　AD9833芯片主要参数　AD9833是一款低功耗、可编程波形发生器.能够　产生正弦波、三角波、方波输出。其主要特性如下:频　率 和 相 位 可 数 字 编 程 ; 工 作 电 压 为 3　V时,功耗仅为　20r oW;输出频率范围为0MHz~12.5MHz;频率寄存器　为28位 (在25MHz的参考时钟下,精度为0.1Hz);可　选择正弦波、三角波、方波输出;无需外接元件,3线　SPI接口,温度范围为-4- ooC~+105。C。　1.2内部结构框图　AD9833内部结构框图如图1。AD9833的内部电路　主要有数控振荡器 (NCO1、频率和相位调节器、正弦只　读存储器 (Sine　ROM)、数模转换器 (DAC)、电压调整　器。其核心是28位的相位累加器,它由加法器和相位　收稿日期:2008—02—03　作者简介:肖伸平 (1965-),男,教授,硕士生导师。主要　从事鲁棒控制、智能控制等研究;窦颖艳 (1984一),女,河　北衡水人.在读硕士研究生。主要从事智能控制理论的研究。　寄存器组成,每来1个时钟,相位寄存器以步长增加,　相位寄存器的输出与相位控制字相加后输入到正弦查询　表地址中。正弦查询表包含1个周期正弦波的数字幅度　信息。每个地址对应正弦波中0￣-360。范围内的1个相　位点。查询表把输入的地址相位信息映射成正弦波幅度　的数字量信号,驱动DAC输出模拟量。相位寄存器每　经过2蔼,M个MCLK时钟后回到初始状态。相应的正弦　查询表经过一个循环回到初始位置,这样就输出了一个　正弦波。输出正弦波频率为:　f￣r=M(FMCLK/2=)　其中,M为频率控制字,由外部编程给定,其范围　为0≤M≤2　1。　VDD引脚为AD9833的模拟部分和数字部分供电, 　供电电压为2.3V~5.5V。AD9833内部数字电路工作电压　为2.5V.其板上的电压调节器可以从VDD产生2.5　V　稳定电压。若VDD小于等于2.7V,引脚CAP/2.5V应直　接连接至VDD。　图1　ADgg33内部结构框图　Fig.1　The　interior　framework　ofAD9833　67　 http://www.cqvip.com 维普资讯・产品与市场・　2信号发生器的基本原理及组成　2.1　DDS基本原理　该信号发生器基于奈奎斯特抽样定理和数字波形合　成原理。一个完整的信号发生器内部结构由位频率控制　寄存器、模2w加相位累加器、正弦 “相位一幅度”转换　表ROM存贮器及数模转换器DAC等几部分组成。每来　1个时钟fr,相位寄存器以步长K(频率控制字)增加,　相位寄存器的输出与相位控制字相加,然后作为正弦查　询表的查询地址.正弦查询表包含一个周期正弦波的数　字幅度信息.查询表把输入的地址相位信息映射成正弦　波幅度信号,通过DAC输出模拟量。相位寄存器每经　过2N/K 个 fr时钟周期后回到初始状态.相应的正弦查　询表的地址经过1周期后回到初始位置,整个DDS系　统输出一个周期的正弦波,输出的弦波频率为:fo=k*fr/　2　,通过改变频率控制字K,即可调节读取查询表中正　弦波形输出点的速度.从而产生不同频率的正弦方波。　DDS原理如图2所示,图中参考时钟源fr是一个稳定的　晶 体 振 荡 器 [31。　图 2　DDS原理　Fig.2　The　principle　of　DDS　2.2信号发生器的硬件实现　该 系 统 主 要 由 图 3 所 示 的 四 种 模 块 组 成 : 控 制 模 　块、键盘显示模块、幅度控制模块和功率放大模块。　(1)单片机控制电路。信号源采用AT89S52微处理　控制器.内置8KB可编程只读存储器,256B的内部　RAM,32位可编程I/O 总 线 , 适 应 工 作 频 率 高 达 　24MHz。直接将AD9833的SDATA脚、SCLK脚、FSYNC　I 　 I 　鬻 　一 　AT ! 　 卜　一　8 9　— 　- 　一 　 S } 　三　 5 2　I} 独立式按键　图3硬件结构框图　F　.3　The　block　diagram　of　hardware　脚与AT89S52的P3.5、P3.4、P3.3引脚相连,从实际使用　效果来看工作可靠,实现了高稳定度、高精度、高分辨　率的要求。　(2)幅度控制模块。增益控制模块采用AD8320芯　片.该芯片为一种功率可控制的功率放大器.8bit数字　控制增益,增益范围可达36dB(一10~26dB),±0.20dB增　益精度,V/V/LSB的线性增益响应,低噪声,低失真,高　功率。相对于由继电器或模拟开关与运放的增益可控放　大器来说,采用的电路比较简单,调试起来比较容易。　(3)功率放大模块。为了达到系统要求,采用　OPA604芯片与BUF634芯片相结合。OPA604是一场效　应管输入运算放大器,低失真 (0.0003%1KHz),低噪声　(1Onv/Hz赫兹)和高带宽 (增益带宽:20MHz)的特性。　这方面也满足了此设计对频率范围的要求。BUF634是　高 速 的 单 位 增 益 开 环 放 大 器 , 频 带 范 围 宽 (0.1Hz~　30MHz),应用范围广,它可以用在放大器的反馈环中来　增大输出电流,消除热反馈和提高容性负载驱动能力,　输出电路由内部的电流限制和热关断进行完全保护,使　得它耐振而且容易应用。　(4)键盘显示模块。系统采用5个独立式按键,分　别为:S1键改变波形,可产生正弦、三角、方波三种波　形:S2键改变信号发生器的工作状态,有调频、调幅、　输出三种工作状态;S3键改变调频或调幅步进值;s4　键与S5键使频率值加/减一步当前步值。　2.3 信号发生器的软件设计　信 号 发 生 器 　的 软 件 部 分 直 接 　由 C 语 言 写 成 .　主 要 是 完 成 单 片 　机 初 始 化 、 键 盘 、　显 示 等 功 能 , 按 　照AD9833的时序　将 控 制 字 写 入 　AD9833的内部储　存 器 中 . 从 而 产 　生 相 应 的 频 率 .　达 到 频 率 的 步 进 　控 制 等 设 计 功 能 。　主 程 序 流 程 图 见 　图4　开始　=工=　系统　初始化　断按　s I 按 　 上　2 难E 1. s 　 拯: B 　4 垫. E i 　罄 ] ! L 刚　 錾　图4主程序流程图　Fig.4　The　program　f lowchart　3 实 验 测 试 与 结 果 分 析 　硬件搭建完毕.通过软件调试后,使用1MHz双通　道数字示波器 (型号:RIGOL—DS一5042M示波器)对设　计完成的DDS正弦信号发生器进行测试。输出波形频　率范围测试数据见表1。　测试表明,系统具有以下特征:①能够产生三角　波、正弦波、方波三种周期性波形; 　 (下转第73页)　一 　 暇　一 　 暇　靴龇艏　祀腓 龇麟褪　 柚　埔啡牲T　埔　丁　 http://www.cqvip.com 维普资讯・产 品 与 市 场 ・ 　图4猎食的鹰　Fig.4　A　hunting　eagle　大,后轮直径较小,增强了操纵　和 行 驶 的 稳 定 性 。 发 动 机 可 以 　任意挡位启动,操控方便;③舒　适 性 : 采 用 新 型 前 后 倒 置 全 可 　调油气减振器。行程大吸振性　能 好 。 底 部 采 用 叉 形 摇 架 管 式 　车架.管径小重量轻灵活轻便。　3结束语　采用仿生学原理来设计迷你运动型越野摩托车,实　践证明是一行之有效的方法。上述两款越野车分别模仿　了袋鼠、恐龙和老鹰等三种动物的体征、动作以及色　彩.无处不彰显出其阳刚之气、野性与灵性.从形态构　成、功能实现和外观配色上均充分展示了仿生学的魅　力。基于仿生学原理设计制造的两款迷你运动型越野摩　托车,不仅造型新颖别致,而且结构科学合理,完全表　达了越野摩托车的个性与品味,它们现在已成为欧美市　场上的畅销产品,售价是国内同类产品的3~5倍,很显　然,其附加值的提升与其所采用的先进设计方法和制作　工艺是密不可分的。　参考文献: 　[1]于帆,陈燕. 仿生造型设计[M].武 汉 :华中科技出版社,2005. 　[2]姚平,Luigi　Colani. 仿生设计传奇[JJ.艺术与设计,2004,5. 　[3]张安祥,陈华薪.摩托车造型设计中应考虑的几个问题[JJ_摩托车　技术,1995,5. 　[4]杨力斌.国产摩托车造型艺术设计初探[JJ.摩托车技术,2002,1. 　[5】史春涛,等.摩托车工业设计策略研究[JJ.机械设计,2005,9. 　『6]陈震邦.工业产品造型设计『M].北京:机械工业出版社,2004. 　[7]李建春.摩托车车架[PJ.中国:专利号200530156004.0,2005,11. 　Application　of　Bionics　Design　in　the　Product　Development　of　Dirt　Motorcycles　L1　Xin—Mo　,L1　Jian—Chun2,WANG　Da-Chenga　(1.Wuyi　University,Jiangmen　Guangdong　529020,China;　2.Shuopu　Science&Tech.Dev.Co.,Ltd,Jiangmen　Guangdong　529020,Ch ina)　Abstracts:Bion ic　design　as　a　un ique　desig n 　ha s　been　most　widely　used　in　industrial　product s.Ta￣ng　a　shape　desig n 　of　a　min i　sport　dirt　motor—　cycle　for　example,this　paper　f iJf iy　shows　the　charm　of　bionics　by　modehng　cer tain　animals　sig n s,movements　and　color　pa￣ems　f rom　the　strnc—　ture,funct ion　and　appearance　a spect s.The　two　new　mini—motorcycles　ba sed　on　the　above　bionics　desig n 　have　displayed　not　only　chic　new　shape　but　also　the　structure　ofscientif ic　and　rationa1.Fur thermore,they　have　become　the　best￣elling　products　in　the　Europe　and　the　U.S.market.　Key　words:bion ics　desig n ;dirt　motor s;product　development　(上接第68页)　表　I输出频率测试数据 衣　鞠口 　 华删吼烈惦　Tab.1　The　frequency　test　data　输出频率,Hz　预置频　 正弦波　 方波　 三角波　率 ,Hz　空载　 负载 1K　负载50　 空载　 空载　1　 1.0oO　 1.0oO　 1.0oO　 1.0oO　 1.000　10　 10.02　 10.02　 10.02　 10.02　 10.02　10o　 10o.2　 10o.2　 10o.2　 100.2　 10o.2　1K　 1.0o2K　 1.0o2K　 1.0o2K　 1.0o2K　 1.0o2K　10K　 10.02K　 10.02K　 10.02K　 10.02K　 10.02K　1OOK　 10o.2K　 10o.2K　 10o.2K　 100.2K　 10o.2K　1M　 1.0o2M　 1.0o2K　 1.0o2M　 1.0o2M　 1.0o2M　2M　 2.0oO2M　 2.0o2M　 2.0oO2M　 2.0oO2M　 2.0oO2M　②波形输出频率范围1Hz~2MHz:③具有频率设置功能,　步进值为1Hz,10Hz,100Hz,1KHz,10KHz,100KHz,　1MHz;④输出信号频率稳定度优于10　;⑤失真度:用　示波器观察时无明显失真。　4 结 束 语 　基于AD9833的频率合成技术能够产生高分辨率、　高稳定度的正弦波、三角波、方波信号,与单片机实时　控制技术相结合,在波形选择和频率控制上很方便地实　现控制。因此,AD9833芯片以及基于此芯片制成的各　类信号源在各种领域有着广阔的应用前景。　参考文献: 　『1]石晓明,申小中.一种简易高精度频率信号发生器的设计与实现　阴.仪器与仪表,2006,10. 　[2]刘国良,廖力清,施进平.AD9833型高精度可编程波形发生器及　其应用[J1 .国外电子元器件,200,10. 　[3]袁雪莲,冯伟.基于AD9954信号发生器的设计翊.信息技术,2006, 1Z　Design　of　Sig n al　Generator　Based　on　AD9833　X/A0　Shen一　,lg,DOU　Ying-Yan,ZENG　Hong-Bing,ZOU　En　(Hunan　Un iver sit y　of　Technology,Zhuzhou　Hunan　412008,Ch ina)　Abstract:The　desig n 　of　sig n al　generator　based　on　AD9833　is　proposed　in　this　paper.The　single—ch ip　microcomputer　AT89S52　is　adopted　in　control　module.The　programmable　gain　amplif ier　AD8320　and　D/A　conver ter　TLC7528　are　used　in　a m phtude　cont rol　modu l e.The　high　speed　bu fer　BUF634　is　introduced　in　power　amphf ier,and　its　maximum　output　current　is　250mA.The　experiment　resu lt s　ind icate　the　system　can　produce　sine　wave,square　wave　and　triangular　wave.The　f requenc y 　range　is　1Hz￣2MHz.The　f requency　stabilit y　surpa sses　10　.　Key　words:sig nal　generator;d irect　d igita l　synthesizer(DDS);AD9833　73　 http://www.cqvip.com ...