基于AD9833的高精度可编程波形发生器系统设计

1 引言
    频率合成器在通信、雷达和导航等设备中既是发射机的激励信号源，又是接收机的本地振荡器；在电子对抗设备中可作为干扰信号发生器；在测试设备中则作为标准信号源。因此频率合成器被称为许多电子系统的“心脏”。而设计高精度，易于操作的频率合成器则是核心，因此，这里提出了一种基于DDS AD9833的高精度波形发生器系统解决方案。用户可直接编辑设置所需的波形频率和峰峰值等信息，利用串口将配置信息发送到电路板，实时控制波形。该系统设计已成功应用于某型雷达测速仪测试设备。
 

2 AD9833简介
    AD9833是ADI公司的一款低功耗、DDS器件，能够输出正弦波、三角波、方波。AD9833无需外接元件，输出频率和相位可通过软件编程设置，易于调节。其频率寄存器为28位，主频时钟为25 MHz时，其精度为0．1 Hz；主频时钟为l MHz时．精度可达0．004 Hzt2。
    AD9833内部有5个可编程寄存器：1个16位控制寄存器，用于设置器件_T作模式；2个28位频率寄存器和2个12位相位寄存器，分别用于设置器件输出正弦波的频率和相位。AD9833有3根串行接口线，可与SPI，QSPI，MICRO-WIRE和DSP接口标准相兼容。在串口时钟SCLK的作用下，数据是以16位方式加载至设备。
    AD9833的内部电路主要有数控振荡器(NCO)、频率和相位调节器、SineROM、D／A转换器、电压调整器。AD9833的核心是28位的相位累加器，它由加法器和相位寄存器组成，而相位寄存器是按每个时钟增加步长，相位寄存器的输出与相位控制字相加后输入到正弦查询表地址中。正弦查询表包含1个周期正弦波的数字幅值信息，每个地址对应正弦波中O。～360°内的1个相位点。查询表把输入的地址相位信息映射成正弦波幅值的数字量信号，驱动D／A转换器输出模拟量。
    输出正弦波频率为：

   

式中：FREQREG为频率控制字，由频率寄存器FREQOREG或FREQlREG的值给定，其范围为0≤M<228一1。fMCLK为参考时钟频率。
    输出正弦波的相位为2π／4 096xPHASEREG，其中PHASEREG是所选相位寄存器的值。输出正弦波的峰峰值固定．约600 mV，且正弦波不是标准正弦波，即波谷是0 V，而不是负电压。因此，输出正弦波为：
   

式中：K约600 mV，与器件内部参考电压有关。

3 系统设计
    图1为基于PC控制的高精度波形发生器系统框图。由于晶体振荡器将直接影响频率稳定度和频率波动，因此，采用电压型控制晶体振荡器，其频率稳定度高达+20 ppm，温度补偿晶体振荡器可达±1~+20 ppm，恒温箱晶体振荡器和数字补偿晶体振荡器小于±l ppm。考虑性能和成本因素，采用温度补偿型控制晶体振荡器。

    模拟多选器采用ADI公司的ADG704．该多选器具有4个输入端，1个输出端。利用2个电平信号组合进行选择，方便与处理器I／O端口连接。3个输人信号分别是DDSl、DDS2的输出信号，以及这两者输出信号相叠加后的输出信号。模拟多选器输出这3个输入信号的其中之一。通过MCU可控制模拟多选器选择3个信号的输出。[!--empirenews.page--]
    为了控制输出正弦波峰峰值，引入数字电位器，实现对输出信号的分压，通过调节数字电位器抽头位置．改变抽头电压值。采用ADI公司的AD5160型数字电位器，该电位器具有256抽头，SPI接口，便于与处理器相连接，其连接图如图2所示。

MCU采用基于ARM7内核的LPC2132控制器，其具有2个UART接口，1个SPI接口和1个SSP接口。其中1个UART接口用于连接RS232电平转换器，SPI接口用于连接2个数字电位器，而电位器的SLCK，MOSI，MISO引脚相连．其片选信号连接控制器的I／O端口；控制器的SSP接口连接2个DDS，其连接方法与数字电位器类似。
    该系统设计具有RS232接口．用户可编程设置DDS的输出频率、初始相位、峰峰值，以及选择2路信号独立输m或叠加的输出等。这些配置信息通过RS232接口上传至MCU。MCU根据输出频率、初始相位设置DDS；并根据峰峰值设置数字电位器；根据两路信号的独立输出或叠加的输出设置模拟多选器。
    该系统设计实现：2路独立的正弦波输出，以及两者叠加输出，可分别独立断开；输出正弦波频率，初始相位、峰峰值、信号通断均由用户编程设置控制。输出正弦波最大频率高于100 kHz，调节细度为0．004 Hz，输出的正弦波峰峰值为0～500 mV，调节细度为2 mV；输出信号频率的稳定度小于10 ppm，频率误差小于O．0l Hz，频率波动小于1×10-3/h。由于DDSAD9833输出波形的峰峰值固定，该系统成功解决峰峰值设置问题。利用上位机软件可灵活设置所需波形的峰峰值、频率等。与通用信号源相比，该系统设计减少了按键面模板以及液晶显示的成本．将面模板的模拟控制改为PC的数字控制．提高系统抗干扰能力。图3为上位机软件界面，上位机软件采用VB编程，利用微软：MSCOMM控件实现。

4 结束语
    以AD9833为频率信号源的核心实现高稳定度、高精度、高分辨率的信号发生器系统。该系统设计与一般信号源相比，体积缩小，设计和使用灵活方便，已成功应用于某型雷达测速仪测试设备。因此，基于AD9833的各类信号源必定有着广阔的应用前景