基于DDS和单片机技术的高频信号发生器设计

2022-10-21

一、引言

高频信号发生器主要用来向各种电子设备提供稳定的高频能量和高频标准信号, 用以测试各种电子设备或电路的高频电气特性的各种性能指标。高频信号源的设计、生产因为频率较高, 所以会带来的一系列的特殊问题, 使其比低频信号发生器的设计具有更大的难度, 主要表现为在信号的畸变、分散、参数不稳定对信号品质的影响等, 特别是在产生和传输等环节很容易受外界电磁干扰的影响。本设计采用先进的DDS数字技术, DDS (Direct Digital Synthesizer) 是指直接数字式频率合成发生器, 是一项比较先进、目前相当流行的数字化频率合成技术。与以前传统的频率合成器相比, DDS具有成本低、功耗低、分辨率高和转换时间快等优势。

二、系统硬件设计

(一) DDS波形发生技术与芯片AD9851

DDS波形发生技术, 是在模拟信号数字化基础上取得重大突破性进步的技术, 它在一些关键方面:如频率的转换时间、相对性带宽、相位的连续性、分辨力提升、能够正交输出以及利于集成化等一系列性能指标方面远远超过了传统频率合成技术, 可为系统提供优于其它信号源的性能[1]。

AD9851系列芯片就是基于DDS技术研发出的典型的集成器件。其和CPU配合可以产生一个频谱比较干净、频率和相位均可任意编程、且稳定性极高的连续模拟正弦波, 输出能够直接作为基准信号源, 或通过其内部一高速比较器, 转换成同频的标准方波输出, 其可为系统提供标准时钟。

(二) 信号源系统硬件框图

框图中的核心AD9851是一个高度集成的典型DDS器件, 采用先进的DDS数字技术, 结合内部高速、高性能D/A转换器和电压比较器, 实现了一个典型数字可编程频率合成器和时钟发生器的输出功能。AD9851输出信号通过一个由电感、电容及电阻组成的无源滤波电路后可以产生一个稳定的、频率和相位均可编程的标准高频正弦波信号[2]。

STC12C5A60S2 (内部集成了AD转换、PWM波形产生) 系列单片机是一单个时钟/机器周期 (1T) 的新型单片机, 它具有高速/低功耗/超强抗干扰的良好性能, 属于目前最新一代8051系列单片机, 指令代码完全同传统的8051兼容, 但速度可快8-10倍, 使其开发简单易学。另外其内部集成了MAX810专用复位电路, 2路PWM波形产生功能, 多达8路的高速10位A/D转换 (250K/S) 电路, 特别适合在精确控制、强干扰场合使用。可以方便通过STC12C5A60S2的按键对AD9851进行各种设置, 然后将结果显示在LCD12864液晶屏幕上, STC12C5A60S2芯片还可通过STC-ISP软件代码进行在线烧写, 控制DDS芯片产生各种频率的波形, 然后用屏蔽线连接到示波器上, 便可显示稳定且不失真的输出波形[3]。