一、項目設計背景及概述

　　1.1 技術背景

　　信號發生器是最重要的測量儀器之一，隨著測試對象的多樣化和數字技術的進步，信號發生器獲得了廣泛的應用和快速的發展。正弦信號發生器作為電子技術領域中最基本的電子儀器，廣泛應用于航空航天測控、通信系統、電子對抗、電子測量、科研等各個領域中。它能滿足測試系統的多種要求，成為了系統綜合測試中不可缺少的組成部分。

　　信號發生的主要實現方法根據實現思路可以分為模擬式和數字式，根據實現方法可以分為直接法、鎖相法、直接數字法和混合法四種。

　　直接法是優點是速度快，相位噪聲底，但結構復雜、雜散多。鎖相法所采用的鎖相頻率合成技術在近年發展較快，應用也較廣泛，但其頻率轉換速度不快，電路控制復雜，這使得該技術的應用受到了一定的限制。直接數字法是采用直接數字合成（DDS）的方法實現信號產生。該技術具有頻率轉換速度快、頻率分辨率高、易于控制的突出特點。在信號發生的幾種技術當中，直接數字合成技術出現得最晚，但近年來發展得最快。隨著大規模集成技術和數模混合信號集成技術的發展，單片集成的DDS芯片紛紛出現，在應用領域內大有后來居上的勢頭。混合法則是指采用以上方法中的兩種及兩種以上的方法實現信號發生。

　　隨著現代信息事業的發展，測試對象不斷豐富，現代通信系統和電子系統對測試系統提出了越來越高的要求，進而對信號發生器也提出了更高的要求。我們將當前業內對信號發生部件的要求大致歸納為以下四點：

　　（1）高頻譜純度、寬頻帶。

　　隨著技術的發展，被測試對象性能指標的提高必然要求測試系統性能相應提高。

　　（2 ） 快速和多點頻率捷變。

　　為適應電子戰的需要，新一代雷達要求能實現多點頻率捷變，捷變時間應達到us量級，電子對抗要求0. lus量級。通信則要求頻率點非常多。相應測試系統中的信號發生部件也應能實現這些指標。

　　（3 ）系列化、模塊化。

　　電子系統門類繁多，體制各異，其測試系統及測試系統信號發生部件的也應多樣化。這將借助于信號發生部件的系列化來實現。同時，為方便測試系統的組建，模塊化也是信號發生部件必須具備的特點。

　　（4 ）小型化和工程化。

　　隨著科學技術的不斷發展，測試科學與技術學科發生了很大的變化。20世紀90年代以來，在儀器中引入計算更為復雜的人工智能實現智能化測量己經成為一個重要的發展趨勢。儀器儀表學科的發展趨勢正是在測試系統的各個環節更多、更好地利用數字信號處理技術，使儀器能夠在測量過程中取代（或部分取代）測試人員進行復雜而精確的操作，以獲得傳統方法難以獲得的測量結果。

　　由于數字信號在信號的處理，存貯及傳輸等方面到都具有獨特的優點，因此現代電子測量系統大都采用數字信號處理方法對測試的各環節優化，對信號進行計算和處理，實現測試系統性能的提高。數字信號引入測量系統從根本上提高了測量技術水平，開始了測量技術的新發展。同樣，測試激勵信號的產生中也大量使用了數字技術，改善了激勵信號的性能，提高了測試水平。

　　在信號發生中使用數字處理技術，基本思路是基于離散數字序列重建連續模擬信號，基本理論是耐奎斯特采樣定理；數字處理技術則主要集中于離散數字序列的產生環節。離散數字序列的產生通常可以歸納為兩種方法，一種是基于波形的方法，即對采樣、仿真產生的原始數據進行內插、抽取等操作產生需要的離散數字序列；另一種方法為基于特征的方法，即根據信號特征（如：頻率成分、各分量幅值及相對相位等）產生離散數字序列。數字處理技術是這兩種方法中的核心技術。由于數字處理技術的引入，數字化信號發生硬件基本上縮減為計算機、D/A 變換器和低通濾波器及模擬通道。計算機進行數字處理，得出離散數字序列，由D/A變換器變換為模擬信號最后由低通濾波器濾波，經模擬通道產生出所要求的連續模擬信號

　　1.2 正弦信號發生器發展現狀

　　隨著電子信息技術的發展，對其性能的要求也越來越高，如要求頻率穩定性高、轉換速度快，具有調幅、調頻、調相等功能。

　　信號源作為一種基本電子設備無論是在教學、科研還是在部隊技術保障中，都有著廣泛的使用。信號源作為一種通用電子測試儀器是我軍進行高科技戰爭不可缺少的一種測試儀器。因此，從理論到工程對信號的發生進行深入研究，不論是從教學科研角度，還是從部隊技術保障服務角度出發都有著積極的意義。隨著科學技術的發展和測量技術的進步，對信號源的要求越來越高，普通的信號發生器已無法滿足目前日益發展的數字技術領域科研和教學的需要。DDS技術是一種新興的頻率合成技術，他具有頻率分辨率極高、頻率切換速度快、切換相位連續、輸出信號相位噪聲低、可編程、全數字化易于集成、體積小、重量輕等優點

　　根據DDS的特點將其應用于信號源中可以大大提高信號源的分辨率，而且可以有效的降低成本、縮小體積。

　　波形發生器是電子系統的心臟，隨著科學技術的發展，現代雷達系統和電子對抗系統對信號源的要求越來越高，提高信號源性能已經成為國內和國外工程師的主要方向。DDS是一種全新的頻率合成技術，DDS的出現給信號源的研究開創了一個新的紀元，現在這種頻率合成已在電子領域得到越來越多的應用。本文在研究DDS基本原理的基礎上，完成了波形器的電路設計和編程。用這種方法設計的波形發生器結構簡單，造價成本低，而且信號源輸出信號的分辨率提高。

　　二、項目設計原理

　　1、 原理概述

　　專用DDS芯片集成度高、穩定性好且功能完善強大，深受廣大電子系統開發工作者的喜愛與認可，直接用此芯片與單片機配合完成設計可以大幅減小設計難度、縮短開發周期。

　　AD公司研發了一系列高性能DDS專用芯片，如AD9850（最高工作時鐘125MHz，32位頻率控制字，8位并行口或串行口直接裝載頻率和相位調制據）。

　　對本系統的設計要求而言，選用AD9834最為恰當。圖2.1為9834功能框圖。

　　主要原因有以下幾點：

　　a.AD9834是由28位相位累加器、正弦只讀存儲器（SIN ROM）和一個10位D/A構成的數字控制式振蕩器。具有低抖動的時鐘輸出和正弦波輸出/三角波輸出，控制字采用串行裝載方式，窄帶SFDR》72dB 。

　　b.工作時鐘頻率為50MHz，頻率精確性能被控制到十億分之一，產生正弦波可達25MHz，足夠完成設計任務且價格遠低于高頻DDS芯片，提高性價比。

　　c.AD9834為用戶提供了多種輸出波形。正弦只讀存儲器（SIN ROM）可以被旁路，因此，可以從DAC輸出線性的向上或者向下斜坡電壓。而這一點在多數DDS芯片上無法實現。

　　d.芯片具有頻率調制（FSK調制）和相位調制（PSK調制）性能。芯片有2個28位頻率寄存器和2個12位相位寄存器，可以通過外部引腳或控制字來控制或切換，且切換時只需8～9個時鐘周期即可達到穩定。此功能使前半周期及后半周期有不同的長度且能夠完美的銜接。

　　e.芯片有一復位引腳（RESET），置1時寫入頻率和相位控制字，清0時開始產生輸出波形。且RESET不能對相位、頻率或控制寄存器復位，即RESET時不會改變已設定的信息。此功能可以做到幾片AD9834保持相同相位工作。

　　f.此外，此芯片還具有一些其他功能，如具有低功耗模式以及能用片內比較器產生方波等，由于這些功能在此系統設計中并不重要，在此不再贅述。

　　圖2.1 AD9834功能框圖

　　根據以上所述的AD9834芯片所具有的功能，本設計將此定為波形發生方案，通過單片機SLH89F5162產生的切換AD9834頻率寄存器的控制信號實現不同占空比的正弦波、三角波，方波波形。

　　2、 硬件設計原理

　　硬件原理框圖如圖3.1所示。選擇單片機SLH89F5162作為主控芯片，及AD9834作為DDS的信號輸出模塊，可以輸出正弦波，三角波，方波。輸出頻率范圍是1-25MHz 。用1602液晶進行輔助顯示，4*4的按鍵進行數據輸入模塊。利用矩陣鍵盤輸入要產生的頻率值，單片機SLH89F5162計算出控制寄存器的值，頻率寄存器0，相位寄存器0，頻率寄存器1，相位寄存器1，發送到AD9834相應寄存器，DDS的分頻原理產生正弦波，以及三角波，利用內部存在的比較器產生方波。

　　3、 軟件設計原理

　　a．最高頻率計算

　　（1）

　　對于AD9834其頻率范圍由式（1）和式（2）決定：

　　（2）???

　　故其可實現的最高頻率即為 ，在本設計中即為25MHz。

　　b、最低頻率計算

　　對于AD9834其頻率范圍由式（1）和式（2）決定

　　故其可實現的最低頻率即為 ，在本設計中即為0.0001863Hz。

　　三、項目設計框圖

　　1、硬件設計框圖

　　圖3.1 硬件原理框圖

　　2、軟件設計框圖
?

　　四、測試結果

　　項目達到的關鍵硬件指標。

　　通過測試，這個系統可以實現波形發生，產生了正弦波，三角波，方波。但受到單片機計算寄存器值的精度限制和DDS本身存在的分辨率的限制，以上產生的頻率有一定誤差。

　　附錄：

　　注意事項：

　　1.用深聯華單片機脫機下載時，不要焊接1602液晶顯示器對比度可以調節的可變電阻R1（在此非常感謝@冰封世紀，在他一步步指導下，我下載成功的。分析其原因是脫機下載時，編程器提供的VCC電流有限，被可變電阻分流后，就會造成編程器，藍燈亮一下，紅燈接著常亮的狀態。）

　　2.原理圖中C2和C10不要接0.1uF，看你輸出頻率值，否則有可能全部濾去你輸出的頻率值，可以不接。

　　3.原理圖中，R3和R10一定要全部都要焊接上。剛開始調試板子時，因為自己想當然，想省些事，就沒有焊接反向輸出端的R3，因為自己想讓她一路輸出就可以了，但是事實往往與自己想法相反，最后一直沒輸出，調了兩天，剛開始一直以為程序有錯，到最后焊接上反向輸出端的R3后，就直接顯示很好的正弦信號（自己都快哭了）。在ADI官網上也沒找到原因，我又不是差分輸出，怎么會有這種情況，問一個專家，他們也無法解釋。

　　4.程序中不包括ad5620，因為自己在ADI官網上申請的ad5620一直沒有到，買一個片子，既時間不夠，又比較貴，就沒有買，所以可以看到視頻中從R5非得線到地。其實也沒必要接ad5620，ad5620就是個調幅電路，可以提供ad9834輸出幅度，目前的幅度大概3mA*200R=600mV。

　　5.如果是接7050的50MHz有源晶振作為MCLK，IOUT輸出端，輸出5MHz以上頻率，就不太好，雜散比較嚴重。如果實驗室有條件的話，可以接不超過75MHz的高穩定晶振，或信號發生器，比如8607，氫鐘，銣鐘，銫鐘等等