肖博同
无锡力芯微电子股份有限公司 江苏省无锡市 214028
摘要：本文主要讨论了一种低成本且易于实现的基于直接数字频率合成DDS技术的信号发生器设计。该设计以STC89C52单片机为核心控制器件，通过矩阵键盘键入设定的频率值，之后将频率值显示在LCD1602液晶显示器上，同时将频率值发送到DDS芯片AD9851，最终输出设定频率的信号波形。之后经过波形转换电路将输出的方波转换成三角波/锯齿波。本文给出了基于DDS技术的信号发生器的硬件电路的设计以及软件的实现流程方法，并使用多种仿真模拟软件进行了电路模拟仿真研究其理论的可行性。
0 引言
随着现代社会和科技的不断进步发展，人们对于信号的精度和稳定性的要求也随之提高。而随着数字集成电路的进步逐渐发展出的直接数字频率合成技术（DDS）能够很好的满足人们对于信号发生器的需求，为设计高精度高稳定性的信号发生器提供了技术上的支持。基于直接数字频率合成技术的信号发生器具有频率分辨率高，频率切换速度快且相位连续，输出相位噪声低，全数字化易于集成等优点，能够很好地满足现今人们对于信号的要求，因而迅速被人们采纳并应用于信号发生器的设计中。
1.整体设计框图
本设计以单片机STC89C52为核心控制元件，分别对各个模块进行控制。即通过矩阵键盘模块输入，并将频率值通过单片机送到LCD1602液晶显示模块进行显示和DDS芯片AD9851模块进行波形输出。通过波形转换模块将输出的方波信号转换成三角波或锯齿波信号。系统的整体设计框图如下图1所示。
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图1 整体设计框图
2.硬件电路设计
本设计以STC89C52单片机为中心控制器件对外部的各个模块进行控制并实现相应的功能。整个硬件电路系统可划分成以下模块：单片机模块、DDS芯片AD9851模块、矩阵按键输入模块、LCD1602液晶显示模块以及波形转换电路模块。整个系统的设计电路图如下图2所示。
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图2 硬件设计电路图
波形转换电路设计
由于本设计的技术要求需输出正弦波，方波，三角波，锯齿波四种波形。而利用DDS模块AD9851仅能输出正弦波和方波两种波形。因此在本设计中，通过外部波形转换电路模块对AD9851所产生的方波进行转换以得到三角波和锯齿波。其波形转换模块电路设计如图3所示。
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图3 波形转换电路原理图
3.仿真模拟
表 1 AD9851芯片仿真模拟结果
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由上表1可以看出DDS芯片AD9851所输出的信号频率精度十分高，平均相对误差仅为8.7×10-10。当输出频率小于3MHz时，所输出的信号波形也十分的平滑。但当输出频率高于3MHz时，随着频率的增高输出波形开始逐渐失真，呈梯形波。且从频域图中也可以观察到杂散也随着频率的提高逐渐增大。
5 结论
本文所设计的基于DDS的信号发生器可实现通过矩阵键盘键入设定的频率值，将频率值显示在LCD1602液晶显示器上，并同时将频率值发送到DDS芯片AD9851，最终输出设定频率的信号波形。波形转换电路可将DDS芯片AD9851所输出的方波转换成相应的三角波/锯齿波。
通过仿真模拟得出，在理论上该信号发生器在无外部滤波器的情况下可稳定无失真地输出最高可达3MHz的正弦波信号，最高可达1MHz的方波信号，以及频率为500Hz~500kHz的三角波和锯齿波信号。如外接低通滤波器，则其理论上可无失真输出的正弦波信号频率最高可达70MHz左右。该信号发生器所输出的信号精度极高，其平均相对误差仅为8.7×10-10。