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作者：无锡工艺职业技术学院 朱一伟 曹玉祥 耿琦
指导教师：查荣 冯乔

　　作品简介

　　一、实物图片　　

 　　二、开发背景
　　近年来，DDS技术日趋成熟，DDS芯片以其较高的性价比而被广泛采用：DDS相对带宽较宽、频率转换时间短、频率分辨率高、输出相位连续,可产生宽带正交信号及其它多种调制信号,有全数字化、控制灵活方便的优点，已广泛运用于各种领域。信号发射器也成为各种测试和实验中不可缺少的工具，应用范围广泛，市面上的普遍的操作繁琐。基于本组队员对信号发生器有一定的了解，对单片机开发有一定的经验。所以本作品函数信号发生器的研制定位于大专高职院校的实验室内的教学使用能够满足实验室基本需求，同时，对于能够实现仪器功能的灵活定制，后期也可以升级系统软件。

　　三、结构说明　　

 　　四、功能与使用说明
　　1、功能简介
　　1)三种工作模式可切换：定频模式，跳频模式，扫频模式;
　　2)可触发正弦波和方波;
　　3)输出频率0～25MHz可调;

　　2、使用说明
　　1)接通电源，显示开机画面1;
　　2)当开机画面1显示4秒后，出现开机画面2，液晶上面便显示三种模式状态;
　　3) S1~S4按键的功能：
　　(1)S1:进入工作模式选择以及确定选择;
　　(2)S2:模式选择切换;
　　(3)S3:选定模式数值进行加;
　　(4)S4:选定模式数值进行减;
　　给系统上电，液晶上面便显示三种模式状态，分别为定频模式、扫频模式、跳频模式，光标默认在定频模式上闪烁，可通S2进行选择，当光标停留在哪个位置时，按下功能键S1即可进入相应的模式。另外，在每个模式界面上都设有上下模式选择按钮，默认情况下，光标都在上模式按钮上闪烁，此时，可通过S2来选择光标闪烁的位置。注：在扫频和跳频模式中，最后按下S1后，其他按键就被屏蔽了，再次按下S1时即可恢复，与此同时，扫频与跳频也就终止了。在定频模式中没有，只有切换到其他模式时，结束定频输出。

　　平台选型说明

　　采用宏晶公司最新STC15系列IAP15F2K61S2 芯片。ISP/IAP，在系统可编程/在应用可编程，无需编程器，无需仿真器。可当仿真器使用。

　　设计说明

　　一、原理图　　

　　二、设计原理与方案
　　DDS模块中的AD9851可以产生一个频谱纯净、频率和相位都可编程控制且稳定性很好的模拟正弦波，这个正弦波能够直接作为基准信号源，或通过其内部高速比较器转换成标准方波输出，作为灵敏时钟发生器来使用。

　　2.1 硬件设计方案
　　1、AD9851为核心的DDS模块
　　DDS的基本原理是利用采样定理，通过查表法产生波形。DDS的结构有很多种，其基本的电路原理可用图3来表示，具有输出频率相对带宽较宽 ，频率转换时间短，频率分辨率极高，相位变化连续，输出波形的灵活性等其它优点。　　

 　　2、采用dds的AD9851
　　本系统采用了美国仿真器件公司采用先进 DDS 直接数字频率合成技术生产的高集成度产品 AD9851 芯片。AD9851 是在 AD9850 的基础上，做了一些改进以后生成的具有新功能的 DDS 芯片。AD9851 相对于 AD9850 的内部结构，只是多了一个 6 倍参考时钟倍乘器，当系统时钟为 180MHz 时，在参考时钟输入端，只需输入 30MHz 的参考时钟即可。

　　3、AD9851在本系统中的应用
　　AD9851有并行和串行两种控制方式，本设计中采用并行控制方式，在并行输入方式下，通过8位总线D0～D7将外部控制字输入到寄存器，在W-CLK(字输入时钟)的上升沿装入第一个字节，并把指针指向下一个输入寄存器，连续5个W-CLK的上升沿读入5个字节数据到输入寄存器后，W-CLK的边沿就不再起作用。然后在FQ-UD(频率更新时钟)上升沿到来时将这40位数据从输入寄存器装入到频率∕相位寄存器，这时DDS输出频率和相位更新一次，同时把地址指针复位到第一个输入寄存器以等待下一次的频率∕相位控制字输入。图4即为AD9851控制字并行输入时序。　　

 　　根据所要实现的功能和设计的系统指标，结合我们上述对一些芯片的介绍，本函数信号发生器主要由AD9851芯片产生我们希望的正弦波，然后通过芯片内部自带的高速比较器得到方波。采用DDS芯片AD9851来设计函数信号发生器。以大赛提供的单片机IAP15F2k61s为控制核心，一方面，对AD9851的频率相位控制字进行控制，产生所需要的正弦波形。另一方面，对液晶LCD12864进行控制，通过菜单的模式，选择所需要的频率输出方式。采用五个独立式键盘输入相应的操作命令。
　　AD9851 是在 AD9850 的基础上，做了一些改进以后生成的具有新功能的 DDS 芯片。AD9851 相对于 AD9850 的内部结构，只是多了一个 6 倍参考时钟倍频器，当系统时钟为 180MHz 时，在参考时钟输入端，只需输入 30MHz 的参考时钟即可。如图 2-2(AD9851 内部结构)所示，AD9851 是由数据输入寄存器、频率/相位寄存器、具有 6 倍参考时钟倍乘器的 DDS 芯片、10位的模/数转换器、内部高速比较器这几个部分组成。其中具有 6 倍参考时钟倍乘器的 DDS 芯片是由 32 位相位累加器、正弦函数功能查找表、D/A 变换器以及低通滤波器集成到一起。这个高速 DDS 芯片时钟频率可达 180MHz， 输出频率可达 70 MHz，分辨率为 0.04Hz。因此，以AD9851作为DDS源的方案完全满足系统设计要求。

　　2.2 LCD12864显示部分
　　由于本设计采用带中文字库的液晶，使得整个系统运行显得更加直观明了，它具有串行、并行两种控制方式，本设计采用8位并行接口方式。
　　1、2引脚分别与电源相连接;3号引脚接电位器的中间部分;4、5、6引脚是与单片机的P2.0、P2.1、P2.2相连;由于采用该液晶的8位并行接口方式，所以7～14引脚与单片机的P0口相连，进行数据传输;16脚悬空;15、17、19接+5V电源;18引脚接电位器的一端;20脚接地。

　　2.3滤波模块
　　由于直接从AD9851输出端输出的波形为阶梯波，波形不够平滑，因此，本设计中需要在输出端设置一个截止频率为25MHz的低通滤波器。在AD公司AD9851的数据手册上提供了一个截止频率为70MHz的椭圆低通滤波器，其电路图如图5所示。　　

 　　作品特色

　　作品主要用于学校实验室,操作简单、方便，具备信号源的多种输出模式。通过对实际波形频率的输出误差经测试与统计，在100KHz以下测得的频率与设置频率的偏差小于5Hz，在100KHz到700KHz之间，偏差小于30Hz，800KHz到1MHz之间，偏差在30到90Hz之间，输出频率1MHz以上偏差保持在100Hz左右。统计证明信号发生器精度高，能满足于学校应用。

系统演示视频：http://v.eepw.com.cn/video/play/id/2337