DDS波形发生器电路原理及功能.doc

DDS波形发生器电路组成及功能一、DDS波形发生器电路的组成本系统以单片机STC89C52为核心，采用了直接数字合成技术（DDS），实现了频率任意调节的正弦波，方波，三角波以及特定的任意信号，产生的各类波形精度高，稳定性好，采用友好的人机界面，操作方便。系统总框图如下图所示：DDS波形发生器系统框图（1）相位累加地址发生器使用可编程逻辑器件IC4GAL16V8编程得到累加相位码，也就是波形的地址码。这里的GAL16V8是100进制计数器，相位累加时，对应一个波形100个数据的地址。GAL16V8拥有8个输入端和8个输出端，可以单独选择每个输出端的极性，灵活的进行输出端的组合排列、可重复编程、频带范围宽，工作频率很高。使用GAL16V8做相位累加地址发生器使得电路更加简洁，保证在高频率下的稳定工作。（2）数据存储器使用外部ROM数据存储器IC5 27C64，已经预先把相关波形的量化数据写入该外部ROM中。（3）D/A模数转换电路使用数模转换集成芯片IC6DAC0832，DAC0832是一个8位的电流式的数模转换器，就是把波形数据转化为波形真实的模拟信号。波形信号为电流信号，因此输出端还要接运算放大器，把电流信号转换为电压信号。（4）双极性转换电路及滤波电路采用反相比例运算放大电路IC7TL084中的A，B运放，将D/A输出的单极性信号转换为双极性信号。为确保产生波形的质量，减少波形失真度，使输出波形光滑，须用低通滤波器把高频分量滤掉。在此采用自动线性跟踪Butterworth有源滤波器，在此采用二阶有源低通滤波器，即TL084中的C运放及R19，C18，R20，C10两节低通滤波器组成。（5）显示及控制电路本机器需要进行人机对话，根据系统设计要求，采用独立式微动按钮S27输入，八只七段LED18数码管作为输出显示，清晰可见。使用时可以选择方波、三角波和正弦波三种波形的输出；可调节不同波形的输出频率，并实现了1Hz的频率步进。（6）单片机电路单片机电路是DDS波形发生器的核心电路，它由微处理器IC12AT89S52及外围电路、元器件等组成。它由P0和P1共16个端口与显示电路相连接，把各种的输出波形的相关数据送到八只七段LED18数码管显示。还与可编程逻辑器件IC4，外部ROM数据存储器IC5相连接，提供可编程基准信号：使用单片机定时器产生固定频率，波形稳定，为相位累加地址发生器提供基准信号。另外由P2.0P2.5接键盘的6只微动按钮S27，作控制输出信号之用。微处理器IC12已经按功能要求，把相关的程序写入到芯片中。（7）电源电路本系统中，许多集成电路，如单片机、D/A电路、运算放大器等都需要直流电源进行供电才能工作。单片机、EEPROM等都以5V电源供电，而运算放大器需要12V供电，因此在电源板的设计过程中，要同时获得+5V、12V的直流电压。LM7812输出电压为+12V， LM7912输出电压为-12V，LM7805输出电压为+5V，三者的性能都能满足设计要求。在具体电路中，由市电AC220V经变压器降压为双AC12V后，接入到经由二极管VD36组成的单相全波整流电桥整流，由电容器C811滤波后一路电压经过三端稳压器LM7912稳压后输出+12V，另一路电压经过三端稳压器LMC7912稳压后输出-12V电压。12V电压作为模拟放大器的电源电压，电容器C1217是滤波电容。其中+12V电压经三端稳压器LM7805稳压后输出+5V电压，作为AT89S51、CAL16V8、27C64、URL2803、DAC0832、74LS244等数字集成电路的电源电压。考虑到D/A转换器在进行数模转换时，需要较稳定、精度较高的参考电压，在电源板设计过程中，将LM7812输出的+12V电压经再分压处理，通过稳压二极管TL431稳压和精密电阻的调节来得到D/A电路所需的高精度稳压参考电源VREF。还有外部测试信号端口J1：外部基准信号输入，为系统调试时作为相位累加地址发生器基准信号。二、DDS波形发生器的功能描述1DDS波形发生器按键功能，系统操作共设有六个按键S27，分别：S7S6S5S4S3S2正弦波方波三角波频率+ 频率-选择2数码管显示方式数码管LED1LED2LED3LED4LED5LED6LED7LED8显示代码符号不亮千位百位十位个位HZ功能波形悬空频率单位1或0090909开机时，最前面显示正弦波符号，后面4位显示0100，最末2位显示 “HZ”字样，即20100Hz。上电开机或按复位键S1后，输出默认频率100Hz的正弦波。当输出端J2有信号输出时（不在关闭状态）所有按键都无效，或者说只有输出端J2在关闭状态时（没有输出信号），按键才能进行操作。3“方波”、“三角波”、“正弦波”这三种主要波形在数码管LED1显示的代码符号： 波形类别正弦波三角波方波代码符号DDS波形发生器能产生“正弦波”、“三角波”、“方波”这三种主要波形，波形的频率从1Hz1kHz，分辨率为1Hz，波形幅度从2.56V5.12V，频率可以通过按键S3、S4设定得到，但是幅度只能通过电位器R21的调节加以实现。4操作与功能（1）上电开机或按S1复位键后，数码显示管DS18显示为20100Hz，输出频率100Hz的正弦波。（2）按下S57其中一键，可随意改变输出信号波形，LED1代码符号改变。但此时输出端J2输出波形仍处于关闭状态。（3）短按（0.15s）选择键S2，从左向右第3只数码管抖动，再短按S2选择键，抖动数码管移动至下一位，每短按一次S2选择键，抖动数码管均可移动至下一位，可在千位到个位间循环。在数码管抖动的位置上，通过按功能键S4“频率”或S3“频率”，则可以调节频率增加或减小，单次按键实现1的加减，直到4位数字全部输入完成（数字最高只能是1000），当完成数字输入时（此时亦可按S57键改变输出波形），长按选择键S2（3s）确定输出取消关闭状态，数码管不再抖动，输出端J2输出波形，此时输出端J2应有已经选择的波形和频率输出。按键S37不能进行操作。（4）如需再调整输出的波形和频率，可再长按选择键S2，使波形输出端J2处于输出关闭状态。（5）再短按选择键S2，此时可按（3）步骤操作，重复选择波形或重置信号频率。再长按选择键S2可确定输出端J2输出。（6）在数码管LED3置1时，数码管LED46必置0。在输出1kHz信号时要进行小于1kHz信号的调整，必须要使数码管LED3置0后才能调整。注：只有在输出端J2的输出处于关闭状态时，信号的波形或信号的频率才可以按动S37中一键（S2短按）进行调整。