基于AD9954的信号发生器设计
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图 1 系统总体框架 结构
( 1) 控制部分由单片机 AT 89C51组成, 是整个系 统的控制中心, 主要完成控制数字频率合成部分, 产生 各种波形, 与用户进行交互通信, 执行用户发出的指令 以及控制波形的显示。
( 2) AD9954部分是系统的核心部分, 产生正余弦 波形、FM、ASK、FSK、PSK 等信号。
收稿日期: 2010 - 05 - 07 作者简介: 陈国强 ( 1980- ) , 男, 广东翁源人, 硕士, 实验师, 主 要研 究方向为实验室建设与管理, 电子信息实验教学。 Te.l : 0751 8120064; E ma i:l ch enqiang_107@ 163. com
输出频率的信号发生器。
第 29卷 第 8 期 2010年 8月
实验室研究 与探索
RESEA RCH AND EXPLORAT ION IN LA BORATORY
V o.l 29 N o. 8 A ug. 2010
基 于 AD9954 的 信 号 发 生 器 设 计
陈国 强
(韶关学院 资产处, 广东 韶关 512005)
( 6) 末级放大部分是系统的末级放大电路, 在有 负载的情况下使电压峰值达到要求。
( 7) 电源部分为各个器件提供稳定电压, 使整个 电路能够正常工作。
4 芯片 AD9954概述
AD9954是采用先进的 DDS 技术开发的高集成度 DDS器件 [ 5] 。它内置高速、高性能 D /A 转换器及超高 速比较器, 可用为数字编程控制的频率合成器, 能产生 最高频 率为 200 MH z的模拟 正弦 波。 AD9954 内含 1024 & 32静态 RAM, 利用该 RAM 可实现高速调制, 并 支持几种扫频模式。 AD9954可提供自定义的线性扫 频操作模式, 通过 AD9954 的串行 I /O 口输入控制字 可实现快速变频且具有良好的频率分辨率。其应用范 围包括灵敏频率合成器、可编程时钟发生器、雷达和扫 描系统的 FM 调制源以及各种测试和测量装置等 [ 6] 。
本系统中, 所有相关数据和控制信号都由键盘部 分输入, 在单片机中进行计算 处理, 对所 需信号的频 率、幅度及功能进行控制, 将输出的信号频率、幅度等 信息通过液晶显示屏显示出来。键盘的工作方式采用 动态扫描方式, 采用 4行 4列的矩阵式键盘, 一共设有 16个键, 其中包括数字键、单位键和功能键。
( 1) FSK 信号的产生。利用 AD9954的 RAM 的 D irect Sw itch模式, 通过 PS0与 PS1 的值控制 RAM 段
的选择。由于不同 RAM 段首 地址存放的数 据不同, 所以选择不同的 PS0与 PS1就选择了不同的数据来驱 动相位累加器或者相位偏移器, 从而获得 FSK 信号。 使用 2个 RAM 段可以实现 2FSK, 使用 4个 RAM 段则 可以实现 4FSK。
信号具有高频率、高稳定度、高精度、抗干扰能力强的优点。该信号发生器具有结构简单、性能优良、使
用方便、制作成本低廉等优点, 适用于教学、科研和市场生产需求。
关键词: 直接数字频率合成; 信号发生器; AD9954; 单片机
中图分类号: TN 98
文献标识码: B
文章编号: 1006- 7167( 2010) 08- 0222- 04
( 3) 键盘、LCD 显示 部分 是人机 交互 的主 要途 径, 用户通过键盘向单片机发出指令, 经过处理后通过 LCD 显 示出 来。
( 4) 电流 电压转换部分将 AD9954产生的电流 信号转换为电压信号。
( 5) AD8139放大部分是由于直接数字频率合成 部分产生的信号较小, 通过放大后达到指标。
第 8期
陈国强, 等: 基于 AD9954的信号发生器设计
22 3
3 信号发生器的总体结构
信号发生器主要分为以下几部分: 单片机控制 部分; AD9954部分; ! 键盘、显示部分; ∀电流 电 压转换部分; # AD8139放 大部分; ∃末级 放大部分; % 电源部分。系统总体框架如图 1所示。
5 DDS信号发生器各模块的功能及实现
根据设计指标的要求, 总体的指导思想是尽量采 用性能可靠、接口简单、普遍应用以及性价比高的元器 件。本系统中, 采用尽可能简化的硬件电路设计方案, 充分利用 DDS芯片和单片机的自身资源, 使电路结构 简单, 方便调试, 降低成本。 5. 1 单片机控制部分
单片机 AT 89C51 是系 统的 控制中 心, 除了 控制 AD9954外, 还要控制键盘以及液晶显示等外围 IO 器 件。单片机与 AD9954的部分连接图如图 2所示。
图 2 单片机 与 AD9954的部分接口图
系统主要利用 AT 89C51的 P2端口对 AD9954作 输入控制, 当 IOSYNC 口为 1时, 立即终止当前的通信 周期, 当前 I /O 的操作停止时, 开始新的 I /O 操作并保 持通信的同步。对 RAM 进行 写操作时, 可通过控制
PS1和 PS0的高低电平组合来选择 4 个 RAM 段的控 制字区中的一个。 CS为片选端, IOUPDATE 是串行输 出端口, 在该引脚的上升沿可把内部缓冲存储器中的 内容送到 I /O 寄存器中 [ 7] 。
摘 要: 为了满足不断发展的生产、科研需求, 设计了一种新型的信号发生器。该信号发生器主要以目
前较先进的 AD9954芯片为核心, 用单片机 AT 89C51作系统的控制, 以键盘和液晶显示器作为人机交互
界面, 对芯片产生的电流信号电压转换后进行放大, 去除各级干扰后输出。不但能产生传统的波形信 号, 还能产生 FSK系列信号、PSK 系列信号、单向线性扫频信号和连续单向扫频信号等, 而且所产生的
A V = ( 1+ R3 /R2 ) ( 1+ R 5 /R4 ) 芯片在空载的情况下的幅度放大能达到输出要求, 但 接上负载后幅度就会下降, 因此系统还选用了高速缓 冲器 BU F634[ 11 ] , 以增加输出端的带负载能力。由于 芯片 LM 7171的频带很宽, 经过多级放大后容易产生 自激, 因此在 2块 LM 7171和 BUF634的电源部分加上 104的小电容滤波, 尽量减少电源 的干扰。具体电路 如图 4所示。 5. 3 键盘输入电路和显示电路
2 24
实验室研究与探索
第 29 卷
AD9954的输出是互补的差分电流信号, 经 2个电 阻进行 I /U变换后, 再选用 AD I公司的高速差分放大 器 AD 8139进行缓冲放大后输出 [ 8] 。
由于 AD9954的内部没有滤波器, 因此需在信号 输出端接一个低通滤波器。为了使输出信号能够最低 程度降低 AD9954 内部系统时钟的干扰, 系统采用了 具有较窄过渡带特性的 7 阶椭圆低通滤波器, 7阶滤 波具有下降速度快 的过渡带, 可有效的滤 除 100 M B 以上的高频干扰 [ 9] , 具体电路如图 3所示。
The Design of SignalGenerator Based on the AD9954
CHEN Guo qiang ( A ssets departm en,t Shaoguan Co llege, Shaoguan 512005, China)
Ab stract: A new type of signal generator w as designed for g row ing production and research, wh ich used advanced AD9954 ch ip as the core. W ith AT 89C51 m icrocontroller as the controller o f system, the keyboard and LCD d isplay as the hum an m achine interface, then amp lify the vo ltage signal w hich is coverted from current signa l and rem oved interference at all levers. A ll of the tradit iona l w aveform signa,l FSK series signa,l PSK series signa,l a one w ay linear frequency sw eep signal and cont inuous un id irect iona l sw eep signals can be generated, and w ith high frequency, h igh stab ility, high accuracy, and ant i jamm ing capability advantages. Because o f the advantages o f sim ple structure, exce llent perform ance, easy to use, low product ion cos,t it is suitab le fo r teach ing, research and production needs o f the m arke.t Key words: d irect d ig ital synthesizer ( DDS) ; signal generator; AD9954; m ic可分为两大类, 即激励和检测。 各类信号发生器是激 励仪器的主要组成部 分 [ 1] 。市 场上, 传统的信号发生器以产生正弦波、方波、三角波 为主, 并主要由低集成度和分立元件构成。随着科技 的不断进步, 传统信号发生器无论在生产还是在教学、 科研实验中都满足不了频率稳定度、输出频率、输出波 形等方面的更高需求。本文根据实际需要, 采用直接 数字频率合成 ( DDS) 技术, 用目前较先进的芯片设计 了能产生多种波形, 具有高频率、高稳定度、高精度的
( 1) 控制部分由单片机 AT 89C51组成, 是整个系 统的控制中心, 主要完成控制数字频率合成部分, 产生 各种波形, 与用户进行交互通信, 执行用户发出的指令 以及控制波形的显示。
( 2) AD9954部分是系统的核心部分, 产生正余弦 波形、FM、ASK、FSK、PSK 等信号。
收稿日期: 2010 - 05 - 07 作者简介: 陈国强 ( 1980- ) , 男, 广东翁源人, 硕士, 实验师, 主 要研 究方向为实验室建设与管理, 电子信息实验教学。 Te.l : 0751 8120064; E ma i:l ch enqiang_107@ 163. com
输出频率的信号发生器。
第 29卷 第 8 期 2010年 8月
实验室研究 与探索
RESEA RCH AND EXPLORAT ION IN LA BORATORY
V o.l 29 N o. 8 A ug. 2010
基 于 AD9954 的 信 号 发 生 器 设 计
陈国 强
(韶关学院 资产处, 广东 韶关 512005)
( 6) 末级放大部分是系统的末级放大电路, 在有 负载的情况下使电压峰值达到要求。
( 7) 电源部分为各个器件提供稳定电压, 使整个 电路能够正常工作。
4 芯片 AD9954概述
AD9954是采用先进的 DDS 技术开发的高集成度 DDS器件 [ 5] 。它内置高速、高性能 D /A 转换器及超高 速比较器, 可用为数字编程控制的频率合成器, 能产生 最高频 率为 200 MH z的模拟 正弦 波。 AD9954 内含 1024 & 32静态 RAM, 利用该 RAM 可实现高速调制, 并 支持几种扫频模式。 AD9954可提供自定义的线性扫 频操作模式, 通过 AD9954 的串行 I /O 口输入控制字 可实现快速变频且具有良好的频率分辨率。其应用范 围包括灵敏频率合成器、可编程时钟发生器、雷达和扫 描系统的 FM 调制源以及各种测试和测量装置等 [ 6] 。
本系统中, 所有相关数据和控制信号都由键盘部 分输入, 在单片机中进行计算 处理, 对所 需信号的频 率、幅度及功能进行控制, 将输出的信号频率、幅度等 信息通过液晶显示屏显示出来。键盘的工作方式采用 动态扫描方式, 采用 4行 4列的矩阵式键盘, 一共设有 16个键, 其中包括数字键、单位键和功能键。
( 1) FSK 信号的产生。利用 AD9954的 RAM 的 D irect Sw itch模式, 通过 PS0与 PS1 的值控制 RAM 段
的选择。由于不同 RAM 段首 地址存放的数 据不同, 所以选择不同的 PS0与 PS1就选择了不同的数据来驱 动相位累加器或者相位偏移器, 从而获得 FSK 信号。 使用 2个 RAM 段可以实现 2FSK, 使用 4个 RAM 段则 可以实现 4FSK。
信号具有高频率、高稳定度、高精度、抗干扰能力强的优点。该信号发生器具有结构简单、性能优良、使
用方便、制作成本低廉等优点, 适用于教学、科研和市场生产需求。
关键词: 直接数字频率合成; 信号发生器; AD9954; 单片机
中图分类号: TN 98
文献标识码: B
文章编号: 1006- 7167( 2010) 08- 0222- 04
( 3) 键盘、LCD 显示 部分 是人机 交互 的主 要途 径, 用户通过键盘向单片机发出指令, 经过处理后通过 LCD 显 示出 来。
( 4) 电流 电压转换部分将 AD9954产生的电流 信号转换为电压信号。
( 5) AD8139放大部分是由于直接数字频率合成 部分产生的信号较小, 通过放大后达到指标。
第 8期
陈国强, 等: 基于 AD9954的信号发生器设计
22 3
3 信号发生器的总体结构
信号发生器主要分为以下几部分: 单片机控制 部分; AD9954部分; ! 键盘、显示部分; ∀电流 电 压转换部分; # AD8139放 大部分; ∃末级 放大部分; % 电源部分。系统总体框架如图 1所示。
5 DDS信号发生器各模块的功能及实现
根据设计指标的要求, 总体的指导思想是尽量采 用性能可靠、接口简单、普遍应用以及性价比高的元器 件。本系统中, 采用尽可能简化的硬件电路设计方案, 充分利用 DDS芯片和单片机的自身资源, 使电路结构 简单, 方便调试, 降低成本。 5. 1 单片机控制部分
单片机 AT 89C51 是系 统的 控制中 心, 除了 控制 AD9954外, 还要控制键盘以及液晶显示等外围 IO 器 件。单片机与 AD9954的部分连接图如图 2所示。
图 2 单片机 与 AD9954的部分接口图
系统主要利用 AT 89C51的 P2端口对 AD9954作 输入控制, 当 IOSYNC 口为 1时, 立即终止当前的通信 周期, 当前 I /O 的操作停止时, 开始新的 I /O 操作并保 持通信的同步。对 RAM 进行 写操作时, 可通过控制
PS1和 PS0的高低电平组合来选择 4 个 RAM 段的控 制字区中的一个。 CS为片选端, IOUPDATE 是串行输 出端口, 在该引脚的上升沿可把内部缓冲存储器中的 内容送到 I /O 寄存器中 [ 7] 。
摘 要: 为了满足不断发展的生产、科研需求, 设计了一种新型的信号发生器。该信号发生器主要以目
前较先进的 AD9954芯片为核心, 用单片机 AT 89C51作系统的控制, 以键盘和液晶显示器作为人机交互
界面, 对芯片产生的电流信号电压转换后进行放大, 去除各级干扰后输出。不但能产生传统的波形信 号, 还能产生 FSK系列信号、PSK 系列信号、单向线性扫频信号和连续单向扫频信号等, 而且所产生的
A V = ( 1+ R3 /R2 ) ( 1+ R 5 /R4 ) 芯片在空载的情况下的幅度放大能达到输出要求, 但 接上负载后幅度就会下降, 因此系统还选用了高速缓 冲器 BU F634[ 11 ] , 以增加输出端的带负载能力。由于 芯片 LM 7171的频带很宽, 经过多级放大后容易产生 自激, 因此在 2块 LM 7171和 BUF634的电源部分加上 104的小电容滤波, 尽量减少电源 的干扰。具体电路 如图 4所示。 5. 3 键盘输入电路和显示电路
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实验室研究与探索
第 29 卷
AD9954的输出是互补的差分电流信号, 经 2个电 阻进行 I /U变换后, 再选用 AD I公司的高速差分放大 器 AD 8139进行缓冲放大后输出 [ 8] 。
由于 AD9954的内部没有滤波器, 因此需在信号 输出端接一个低通滤波器。为了使输出信号能够最低 程度降低 AD9954 内部系统时钟的干扰, 系统采用了 具有较窄过渡带特性的 7 阶椭圆低通滤波器, 7阶滤 波具有下降速度快 的过渡带, 可有效的滤 除 100 M B 以上的高频干扰 [ 9] , 具体电路如图 3所示。
The Design of SignalGenerator Based on the AD9954
CHEN Guo qiang ( A ssets departm en,t Shaoguan Co llege, Shaoguan 512005, China)
Ab stract: A new type of signal generator w as designed for g row ing production and research, wh ich used advanced AD9954 ch ip as the core. W ith AT 89C51 m icrocontroller as the controller o f system, the keyboard and LCD d isplay as the hum an m achine interface, then amp lify the vo ltage signal w hich is coverted from current signa l and rem oved interference at all levers. A ll of the tradit iona l w aveform signa,l FSK series signa,l PSK series signa,l a one w ay linear frequency sw eep signal and cont inuous un id irect iona l sw eep signals can be generated, and w ith high frequency, h igh stab ility, high accuracy, and ant i jamm ing capability advantages. Because o f the advantages o f sim ple structure, exce llent perform ance, easy to use, low product ion cos,t it is suitab le fo r teach ing, research and production needs o f the m arke.t Key words: d irect d ig ital synthesizer ( DDS) ; signal generator; AD9954; m ic可分为两大类, 即激励和检测。 各类信号发生器是激 励仪器的主要组成部 分 [ 1] 。市 场上, 传统的信号发生器以产生正弦波、方波、三角波 为主, 并主要由低集成度和分立元件构成。随着科技 的不断进步, 传统信号发生器无论在生产还是在教学、 科研实验中都满足不了频率稳定度、输出频率、输出波 形等方面的更高需求。本文根据实际需要, 采用直接 数字频率合成 ( DDS) 技术, 用目前较先进的芯片设计 了能产生多种波形, 具有高频率、高稳定度、高精度的
