基于AD9854的多功能高精度DDS信号源设计

张 铮，胡 婷

(兰州交通大学 电子与信息工程学院，甘肃 兰州730070)

基于AD9854的多功能高精度DDS信号源设计

张 铮，胡 婷

(兰州交通大学 电子与信息工程学院，甘肃 兰州730070)

为得到性能更好、价格更加低廉的高精度信号源，文中提出了通过采用AD9854芯片实现多功能高精密DDS信号源设计。在系统设计过程中不仅通过程控技术实现对波形的控制，而且应用单片机程序对数字信号进行处理。将AT89C51单片机与AD9854芯片相结合，实现了信号从数字量到模拟量之间的转换，通过模拟仿真和实际测试，测试结果表明，所设计的DDS信号源完成了高精度多功能DDS信号源的设计和模拟实现。

信号源；单片机；DDS技术；AD9854

DDS(Direct Digital Frequency Synthesis)相比传统的信号源器件，具有体积小和功耗低等特点，因此DDS技术的更新是新一代信号源发展的标志[1-4]。DDS信号源具有输出相位连续、转换频率时间短、频率的分辨率高、可程控、相对带宽较宽等优点，适用于全数字式信号控制[5]。因此设计一个可靠性强、精准度高、频率范围大的信号源是提高电子仪器仪表的性能的基础。

本文主要以高性能直接数字频率合成芯片AD9854与单片机AT89C51相结合为核心，叙述了DDS信号源的设计，包括总的电路结构和单元电路的设计，并通过实验证明本系统可以实现信号源的运行[6-7]。

1 系统总体电路结构

总的电路结构由信号产生、数据控制与处理和人机交互3大类组成[8]。信号产生过程包括D/A转换、电平转换(SN54LVTH16625)和DDS、低通滤波等部分。数据的控制与处理及D/A转换由单片机实现，用于对AD9854进行高速调节。人机交互部分指的是键盘和液晶显示器。

系统的工作原理如下：开始工作的时候可以在键盘上输入指令，并会在液晶显示模块显示出来，单片机可以将输入的信号反馈给数据处理模块进行D/A转换等，输出的信号经过电频转换模块进行数据处理，将转换后的频率控制数字传输给AD9854芯片进行处理，然后经过DDS的数模转换器产生模拟信号，最后通过低通滤波器就能够得到所需要的信号[9]。设计的系统框图如图1所示。

图1 系统结构框图

2 系统软件设计

系统在运行的过程中需要对单片机进行一定的软件设计，来实现控制与数据处理的目标。为了证明本文设计的DDS信号源能够成功输出常规波形，不仅挑选了正弦波、三角波、方波等常见波形，还有ASK、FSK、PSK等调制波形，来实现信号源的设计[10]。

系统的软件运行程序如下：程序初始化，先判断功能键是否按下，若功能键没有按下，返回初始化状态；若功能键按下，则判断三角波、方波、正弦波、FSK、PSK、ASK波形选择键是否按下；若三角波、方波、FSK、PSK、ASK按下，直接输出相应波形；若正弦波键按下，确定点频或扫频键是否按下，点频键按下，则输入点频频率，扫频键按下，则根据需要改变扫频上下限、扫频步进[11]。单片机的控制系统的流程图如图2所示。

图2 单片机的控制系统主流程图

3 单元电路设计

3.1 液晶显示电路设计

由于考虑到输出频率值、扫频上限、扫频下限和扫频步进等因素，采用液晶1602作为显示器。液晶1602是由控制器HD44880、驱动HD44100和液晶板3部分构成[12]。HD44880虽然是是驱动控制器，但是它不足以驱动此液晶显示器，因此通过增加HD44100驱动器来对其进行驱动控制。将液晶1602与单片机相连接实现信息显示功能，从而准确的看到系统的输入频率，其接口的连接如图3所示。

图3 液晶1602硬件电路图

3.2 低通滤波器电路

由于DDS信号源会输出时钟信号以及元器件本身存在一定的噪声干扰，需要对输出信号进行低通滤波，本文设计了新的低通滤波器。首先利用滤波器归一化设计表格来计算需要的电容和电感值，初步进行电路设计，然后通过软件仿真设计的电路，对电路结构以及电容电感值进行调整。最后经过改进得到的低通波滤器的仿真电路如图4所示。

图4 低通滤波器的仿真电路

于此同时，可以测得仿真电路的幅频特性曲线图，频率为选用常用的输出频率120 MHz，这样得到的低通滤波器幅频特性曲线图如图5所示。

图5 120 MHz低通滤波器幅频特性曲线图

4 测试结果和数据分析

实验通过键盘改变和控制频率的输入，在液晶上也会显示相应的输入频率，可以使用示波器来观察测量频率和输出幅度，测试得到的数据如表1所示。

表1 信号源点频误差测试

测试数据表明：所设计的DDS信号源可以产生1 Hz～120 MHz正弦波，而且相对误差<10-4，达到了设计要求[13]。也可以测得几种输出波形，测试结果如图6所示。

模拟仿真和实际测试都可以表明，设计的DDS信号源能够满足正弦波、三角波、方波等常见波形的输出，还能够输出ASK、FSK、PSK等调制波形。所以证明本文所设计的系统完全满足要求，可以运行。

图6 输出两路相互正交的正弦波

5 结束语

本文采用电平转换模块和单片机作为中央控制器，使用AD9854芯片作为频率产生器并且利用DDS技术来合成频率进而完成对信号源的设计。通过键盘录入信号源的参数，同时会在液晶屏上显示输入数据[14-15]。本文完成了总体的方案设计、电平转换、单片机与DDS的电路设计、波形变换电路的设计以及软件设计等。仿真以及测试表明，基于AD9854芯片所设计的DDS信号源，同样可以产生高精密的正弦波、三角波、方波，还能输出ASK、FSK、PSK等调制波

形。用AD9854来实现DDS信号源，能够更加突出DDS信号源的高频率分辨率(10～6 Hz)、更快的频率转换速度(ns级)、输出频谱纯等特点，有很较的实用价值。与目前存在的信号源在精度、带宽、稳定性等方面的性能都有所提高，值得进一步研究。

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Design of DDS Signal Source with Multi-function and High Precision Based on AD9854

ZHANG Zheng，HU Ting

(School of Electronic and Information Engineering,Lanzhou Jiaotong University,Lanzhou 730070,China)

In order to get a high precision signal source in which has better performance and cheaper price. A research had been put forward to make a design of DDS signal source, and it was based on the chip AD9854. Not only use the program control technology to realize the waveform control, but also use single-chip microcomputer to process digital signal in the design process of the system. After that, combined the single-chip microcomputer AT89C51 and the chip AD9854 to make the conversion from digital to analogue be come true, accomplished design and simulating implementation in high precision and multifunction DDS signal source.

signal source; microcontroller; DDS techniques; AD9854

2016- 08- 15

张铮(1991-)，女，硕士研究生。研究方向：信号与信息处理。

10.16180/j.cnki.issn1007-7820.2017.03.050

TN942

A

1007-7820(2017)03-182-03