原创 用AD7008构成可程控正弦波信号发生器

在许多电子系统中，经常需要用到频率和幅度可调的正弦波信号作为基准或载波信号。正弦渡信号主要通过模拟电路或DDS(Direct Digital Synthesis)等两种方式产生.相对于模拟电路，DDS具有相位连续、频率分辨率高、转换速度快、信号稳定等诸多优点，因此，DDS存雷达、通信、测试、仪表等领域得到了广泛的应用。

    1 系统组成

    该系统的核心部件是AD7008，AD7008是ADI公司推出的高集成度DDS频率台成器。首先单片机将频率控制字发送给AD7008，在AD7008的输出端口就可以得到所需的正弦信号，为了使输出信号的频率更为稳定，将输出信号通过由MAX262构成的中心频率可调带通滤波器进行滤波处理.MAX262的中心频率通过单片机按照AD7008的输出频率进行设置。DAC0832的作用是控制输出信号的幅度。系统组成框图如图1所示。

    

    

    2 主要硬件电路

    系统的主要硬件电路如图2所示。其主要由AD7008与单片机之间的接口、程控滤波器、幅度控制等三部分组成。现分别对其加以介绍。

    1.2.1 A07008与单片机之间的接口

    AD7008可以和外围MPU构成并行或串行两种接口方式，其中并行接口又可以分为8位和16位两种。由于系统采用8位单片机，考虑到响应速度，采用8位并行接口方式。当单片机将数据送到PO口时．如果AD7008的WR引脚(与单片机的P1.0相连)出现负脉冲，则PO口的数据被送入AD7008的并行寄存器。如果AD7008的LOAD引脚(与单片机的Pl.1相连)出现正脉冲，则根据TC3～TC0(与单片机的PO.3～PO.0相连)的逻辑关系，AD7008并行寄存器内的数据将会被送到片内命令寄存器、频率寄存器0、频率寄存器1或相位寄存器中。由此来对AD7008所产生的正弦信号进行控制。AD7008的输出引脚lOUT和IOUT通过一电阻接地，将输出电流转换成电压，再通过一运算放大器组成的减法电路后产生正弦波。

    2.2 程控滤波器的设计

    为了提高输出信号的质量，必须对由AD7008所产生的正弦信号进行滤波处理。由于该信号发生器用在电测仪表中，其对正弦信号的频率要求是40Hz～5kHz。笔者选用工作频率为1Hz～140kHz的MAX262来构成一个中心频率可程控的带通滤波器。MAX262有三个可程控参数：中心频率、Q值和工作模式。所有程控参数都通过数据引脚DO和Dl输入。地址引脚A3～A0控制输入数据进入不同的寄存器。当AD7008输出信号的频率确定后，就可以设定MAX262的中心频率和Q值。这样就构成一可程控的带通滤波器对AD7008的输出信号进行滤波处理。

    2.3 幅度控制

    正弦信号的幅度控制是通过D/A转换器DAC0832来实现的。经过滤波处理的正弦信号接在DAC0832的参考电压引脚VREF上。DAC0832的八位数据输入引脚与单片机的P0口相连，由片选信号CS(与单片机的PI.2相连)来决定输入数据是否选通。由图2可知，DAC0832工作在单缓冲寄存器方式，即当CS为低电平时，DO～D7数据线送来的数据直接进行D/A转换。

    根据D/A转换的工作原理有：

    

    

    将代入，则有：

    

    

    第一级运算放大器将电流转化为电压输出，则有：

    将表达式代入，得

    

    

    第二级运算放大器起反向放大作用，它的输入和输出电压之间的关系为：

    

    

    将表达式代入，最后得到如下关系：

    

    

    由于，所以输入电压通过该电路后，其输出受到由数字控制的衰减。R改变DO～D7的值时，输出电压也随之变化，即实现了对正弦渡信号的幅度控制。

    

    3 软件设计

    单片机上电复位后，先对A D 7 0 0 8和MAX262进行初始化设置。然后开始检测外围输入单元。当有频率设置输入时．则将频率控制字送入AD7008，然后根据信号频率设置MAX262的中心频和Q值。当有幅度设置输入时，则将幅度控制字送DAC0832。其程序流程框图如图3所示。

    

    结 语

    该信号发生器已经成功运用在某电测系统中，使用效果良好。由于受该系统的实际需求所限，还没有完全发挥DDS技术的全部优势。DDS还可以应用于跳频通信、数字调制等其它领域。尤其是那些要求频率精度高、转换时间短的应用场合，采用DDS技术相对其它频率合成技术来说具有无法比拟的优势。由于DDS自身的优点，在性能要求较高的频率合成领域将会得到极为广泛的应用。