四、硬件電路設(shè)計(jì)

　　1、DDS模塊與單片機(jī)接口電路

　　AD9850默認(rèn)復(fù)位為并行置入方式，所以要采用串行配置必須先進(jìn)行切換。即在并行方式下寫入一個(gè)字節(jié)的控制字W0后，利用FQ_UD脈沖更新使其生效即可。AD9850并串配置切換硬件連接方法是：使D2=0，D1=D0=1，這樣在AD9850每次上電或系統(tǒng)復(fù)位時(shí)的配置方式皆為串行方式。

　　注意：串行連接時(shí)，先送頻率字最低字節(jié)，再送頻率最高字節(jié)，最后送相位控制字（每個(gè)字節(jié)中先低位后高位）；并行連接時(shí)，先送相位控制字，再送頻率最高字節(jié)，最后送頻率最低字節(jié)。

　　IOUTB引腳是IOUT引腳的互補(bǔ)輸出端，它可輸出與IOUT引腳相同的電流，在電路設(shè)計(jì)是，應(yīng)在IOUT引腳外接電阻，一邊輸出正弦波電壓。該電壓可作為AD9850內(nèi)部告訴比較器同相端的輸入信號(hào)，并通過其外圍電路的設(shè)計(jì)，將比較器的閾值電壓取為信號(hào)幅度的一半，從而使得AD9850輸出占空比為50%的方波信號(hào)。

　　AD9850采用32位的相位累加器將信號(hào)截?cái)喑?4位輸入到正弦查詢表，查詢表的輸出再被截?cái)喑?0位后輸入到DAC，DAC再輸出兩個(gè)互補(bǔ)的電流。DAC滿量程輸出電流通過一個(gè)外接電阻RSET調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)關(guān)系為ISET=32×（1.148V/RSET），RSET的典型值是3.9kΩ。將DAC的輸出經(jīng)低通濾波后接到AD9850內(nèi)部的高速比較器上即可直接輸出一個(gè)抖動(dòng)很小的方波。

　　AD9850對(duì)輸入的標(biāo)準(zhǔn)正弦波，進(jìn)行直接數(shù)字合成。輸入信號(hào)頻率最高為fclk=125MHz，可生成0-fclk/2范圍內(nèi)的任意頻率正弦波和方波。AD9850在接上精密時(shí)鐘源和寫入頻率相位控制字之間后就可產(chǎn)生一個(gè)頻率和相位都可編程控制的模擬正弦波輸出，此正弦波可直接用作頻率信號(hào)源或經(jīng)內(nèi)部的高速比較器轉(zhuǎn)換為方波輸出。在125MHz的時(shí)鐘下，32位的頻率控制字可使AD9850的輸出頻率分辨率達(dá)0.0291Hz；并具有5位相位控制位，而且允許相位按增量180°、90°、45°、22.5°、11.25°或這些值的組合進(jìn)行調(diào)整。

　　使用中注意：RESET決定了器件輸出端的電流大小，推薦連3.9K電阻到地；VINP、VINN分別是片內(nèi)比較器的正向輸入端和反相輸入端，VINP接IOUT輸出的正弦信號(hào)，可用于將輸出的正弦波轉(zhuǎn)換為方波；IOUT通常接200歐電阻到地以轉(zhuǎn)換為正弦電壓輸出，IOUTB為互補(bǔ)輸出；QOUT為方波輸出，QOUTB為方波反相輸出，懸空。

　　2、濾波模塊

　　（1）DDS的全數(shù)字型導(dǎo)致其存在一定缺陷，即雜波分布廣泛。當(dāng)雜波落入輸入頻帶內(nèi)時(shí)，則無法濾除。雜波主要是由數(shù)字器件的非理想特性而產(chǎn)生的幅度量化誤差和相位截?cái)嗾`差等因素造成的。其主要撒播分量遵循Nyquist采樣訂立，雜波分量出現(xiàn)在參考頻率與輸出頻率的組合出，即處。

　　圖8 3階橢圓濾波器電路圖

　　為了使輸出的頻率不受外界和一些雜波的干擾，需用一個(gè)低通濾波器（LPF）濾除高次諧波。常用的濾波器的頻率響應(yīng)有三種：巴特沃斯型（Butterworth），切比雪夫型（Chebyshev）和橢圓型（Cauer）。其中巴特沃斯濾波器通帶最平坦，它的通帶內(nèi)沒有紋波，在靠近零頻處，有最平坦通帶，趨向阻帶時(shí)衰減單調(diào)增大，缺點(diǎn)是從通帶到阻帶的過渡帶最寬，對(duì)于帶外干擾信號(hào)的衰減作用最弱，過渡帶不夠陡峭，因此它適用于對(duì)通帶要求較高，而去除的頻率離通帶較遠(yuǎn)的情況；切比雪夫?yàn)V波器在通帶內(nèi)衰減在零值和一個(gè)上限值之間做等起伏變化，阻帶內(nèi)衰減單調(diào)增大，帶內(nèi)有起伏，但過渡帶比較陡峭；橢圓濾波器不僅通帶內(nèi)有起伏，阻帶內(nèi)也有起伏，而且過渡帶陡峭。比較起來，橢圓濾波器性能更好，本設(shè)計(jì)中采的是橢圓濾波器。具體電路圖如圖8所示。

　?。?）假定截至頻率為25MHz的低通濾波器。AD公司AD9851的數(shù)據(jù)手冊(cè)上提供了一個(gè)截至頻率為70MHz的橢圓低通濾波器，在該電路圖上運(yùn)用歸一化的方法更改就可以得到所需的電路，并且省卻了查表計(jì)算的麻煩。該濾波器的3dB截至頻率為f1=70MHz，與要求的3dB截至頻率f0=25MHz相比，頻率標(biāo)定系數(shù)FSF為：FSF=f0/f1=25/70=0.36。將70MHz截至頻率的濾波器的電感、電容值同時(shí)除以FSF、即可得到25MHz截至頻率的橢圓低通濾波器的參數(shù)。

　　該濾波器對(duì)元件值要求不高，可使用10%誤差的電感和5%誤差的電容。

　　五、基于單片機(jī)控制的DDS信號(hào)源設(shè)計(jì)

　　DDS信號(hào)源應(yīng)具有如下功能：（1）電路板上設(shè)計(jì)有串口，板上單片機(jī)可以通過串口升級(jí)片內(nèi)程序；（2）系統(tǒng)可以從USB取電，或者從擴(kuò)展口外接5V電源；（3）如要對(duì)輸出信號(hào)幅值控制，系統(tǒng)輸出端P3和P5可以外擴(kuò)幅值控制模塊；（4）系統(tǒng)人機(jī)界面設(shè)計(jì)采用菜單選擇模式，包含了定頻、掃頻和跳頻模式，能夠滿足實(shí)際工作對(duì)信號(hào)源的需求。

　　可分為四個(gè)模塊：基于AD9850的DDS模塊，鍵盤輸入、顯示電路及控制模塊，濾波模塊和PC機(jī)通信電路模塊。

　　1、5l單片機(jī)為控制核心，一方面，上電后，單片機(jī)復(fù)位，對(duì)AD9850初始化并使其輸出預(yù)先設(shè)置的定頻頻率，AD9850輸出的信號(hào)經(jīng)濾波模塊過濾后輸出，來產(chǎn)生所需要的正弦波形；另一方面，對(duì)液晶LCDl2864進(jìn)行控制，通過菜單的模式，選擇所需要的輸出頻率方式。鍵盤輸入相應(yīng)的操作命令（功能分別為模式按鍵、數(shù)據(jù)加按鍵、數(shù)據(jù)減按鍵和確定按鍵），使得整個(gè)設(shè)計(jì)變得更加直觀明了。

　　單片機(jī)軟件主要由四個(gè)部分組成，分別為初始化配置程序、主循環(huán)程序、按鍵中斷程序和串行通信中斷程序。其中初始化配置程序主要負(fù)責(zé)初始化鍵盤控制芯片7279A和初始化DDS；按鍵中斷程序主要實(shí)現(xiàn)輸出波形選擇、頻率和相位選擇；串行中斷程序?qū)崿F(xiàn)了和PC機(jī)通信并調(diào)節(jié)頻率、相位以及輸出波形的選擇。

　　2、PC機(jī)和信號(hào)發(fā)生器板采用串口RS232通信，在PC機(jī)上使用VB軟件進(jìn)行設(shè)計(jì)，依據(jù)單片機(jī)的軟件通信協(xié)議進(jìn)行編程?？刂茖?duì)話框如圖7所示，提供了串口通信測(cè)試按鈕，用于判斷物理連接是否正常。可以控制輸出通道1、2的頻率和相位（確認(rèn)為方波輸出時(shí)，兩個(gè)通道的相位控制部分灰化），在按確定之后，信息將會(huì)送到單片機(jī)，單片機(jī)再根據(jù)PC送的信息進(jìn)行分析，并控制DDS芯片，從而輸出相應(yīng)的波形。