硬件电路设计 - 基于DDS芯片的全数控函数信号发生器的设计与实现

　　3硬件电路设计

　　3.1 DDS信号产生电路

　　考虑到DDS具有频率分辨率较高、频率切换速度快、切换相位连续、输出信号相位噪声低、可编程、全数字化、易于集成、体积小、重量轻等优点，该方案选用美国A／D公司的AD9850芯片，并采用单片机为核心控制器件来对DDS输送频率控制字，从而使DDS输出相应频率和类型的信号，其DDS信号产生电路如图3所示。

　　

　　

　　单片机与AD9850的接口既可采用并行方式，也可采用串行方式。为了充分发挥芯片的高速性能和节约单片机资源，本设计选择并行方式将AT89S52的 P0口经74HC373锁存器扩展后接至DDS的并行输入控制端（D0～D7）。AD9850外接120 MHz的有源晶振，产生的正弦信号经低通滤波器（LPF）去掉高频谐波后即可得到波形良好的模拟信号。这样，将D／A转换器的输出信号经低通滤波后，接到 AD9850内部的高速比较器上，即可直接输出一个抖动很小的方波。再将方波信号加至积分电路，即可得到三角波信号。另外，也可通过键盘编辑任意波形的输出信号。

　　3.2键盘输入接口及LCD接口电路

　　本系统中的数字输入设置电路采用2×8矩阵键盘。由于LCD具有显示内容多，电路结构简单，占用单片机资源少等优点，本系统采用RT1602C型LCD液晶显示屏来显示信号的类型、频率大小和正弦波的峰一峰值，图4所示是键盘输入及LCD接口电路图。

　　

　　同样，考虑到AT89S52单片机的IO引脚资源有限，本系统的键盘输入及LCD输出均通过74HC245连接到AT89S52单片机的P0端口，从而实现端口扩展和复用。

　　3.3信号幅度数控预置电路

　　为了实现对输出的正弦模拟信号幅度的数字控制和预置，本系统采用了AD811高速运放、数字电位器衰减、真有效值转换、以及A／D转换等电路，具体电路图如图5所示。

　　

　　数字电位器X9C102是实现信号幅度数字可调的关键器件。真有效值转换模块AD637主要负责信号的TRMS／DC转换，然后经TLC2453模数转换向单片机输送正比于正弦波信号幅度的数字量，以便单片机输出合适的幅值控制指令。

　　3.4积分电容自动切换控制电路

　　三角波是常用信号之一，本系统采用RC积分电路将方波信号转换成三角波。由于信号频率很宽（低频达1 Hz以下，高频达60 MHz以上），为了完成不同频段的线性积分，需要不同的积分电容（10pF、100pF、1 nF、10nF、100nF、1 μF、10 μF、100μF）。基于数控和自动切换的需要，本系统采用如图6所示的CD4051八选一电路。

　　

　　CD4051的八选一控制信号来源于AT89S52的P0～P3接口，74HC373P也是考虑复用P0端口而设置的。AD9850输出的方波经积分电路转换为三角波后，经AD811高速运放可提高其负载能力。