摘要：本文研究了一種函數(shù)信號發(fā)生器。該信號發(fā)生器由單片機STC12C5A60S2、DDS芯片AD9851、以及高頻運放AD603等組成，實現(xiàn)了幅度和頻率可調(diào)的多種波形（三角波、方波、正弦波）輸出的功能。通過實物制作，其性能指標達到了設(shè)計要求，具有一定的應(yīng)用和推廣價值。

　　1、系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)

　　整個系統(tǒng)由單片機STC12C5A60S2、DDS芯片AD9851、液晶LCD12864、模擬開關(guān)、積分電路、放大電路和4*4矩陣按鍵這幾部分組成。其中單片機負責(zé)整個系統(tǒng)的控制；按鍵作為菜單控制的選擇按鈕；AD9851負責(zé)產(chǎn)生波形；LCD12864負責(zé)顯示；積分電路用于生成三角波；模擬開關(guān)用于選通輸出波形的形式；放大電路用于幅度的調(diào)節(jié)。其系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖如圖1所示。

　　2、系統(tǒng)的硬件設(shè)計

　　2.1DDS芯片AD9851的簡介

　　AD9851是美國AD公司生產(chǎn)的DDS芯片。DDS具有頻率轉(zhuǎn)換速度快、輸出頻率高等優(yōu)點。AD9851主要由倍頻器、數(shù)據(jù)輸入寄存器、D/A轉(zhuǎn)換器、內(nèi)部高速比較器等幾部分組成，輸出頻率可達到70MHz。

　　2.2單片機與AD9851的接口電路設(shè)計

　　通過單片機STC12C5A60S2控制AD9851產(chǎn)生穩(wěn)定的方波和正弦波，再通過積分電路、程控放大電路等實現(xiàn)幅度和相位的調(diào)節(jié)以及三角波、鋸齒波、斜波等的生成。

　　單片機的P2.0-P2.7口接到AD9851模塊的D0-D7口，作為數(shù)據(jù)傳輸接口。P3.4作為AD9851的系統(tǒng)時鐘頻率輸出，P3.5接FQ_UD引腳，用于數(shù)據(jù)更新位，P3.6控制DDS內(nèi)部DAC的輸出電流。輸出信號有兩路，分別為0-70MHz的正弦波sine和方波信號square1、square2，這些信號再通過信號處理電路處理后，即可輸出所需求的信號。電路圖如圖2所示。

　　2.3信號處理電路設(shè)計

　　AD9851的輸出頻率能達到70MHz，為了能在后級輸出比較高的頻率，使用高帶寬的AD603放大器，該芯片的帶寬可以達到90MHz，能夠滿足設(shè)計要求［6］。U3是一種雙四選一模擬開關(guān)芯片TC4052，開關(guān)控制引腳由單片機U4的P0.4和P0.5來控制。

　　信號處理電路中，U3的1腳、2腳和U1的3腳分別接AD9851產(chǎn)生的正弦波sine，square1和square2。U1積分電路所產(chǎn)生的三角波由7腳輸出送U3的5腳。U3的3腳輸出信號送程控放大電路AD603的3腳信號輸入端。通過單片機U4的P3.7輸出PWM信號去控制AD603的放大倍數(shù)，放大后的信號再由信號輸出端輸出。信號處理電路如圖3所示。

　　2.4鍵盤與顯示接口電路的設(shè)計

　　4×4矩陣鍵盤的K0-K7分別接單片機的P1.0-P1.7口，12864液晶的數(shù)據(jù)口接單片機的P0.0-P0.3口（由于I/O口不夠用，所以采用四線驅(qū)動，四線驅(qū)動就是液晶數(shù)據(jù)線只接低4位，程序里面先發(fā)送一次8位數(shù)據(jù)，取出低4位移到高4位，然后再發(fā)送一次8位數(shù)據(jù)，取出低4位，與之前的高4位相或，即可完成8位數(shù)據(jù)的傳輸），RS接單片機的P3.0，R/W接單片機的P3.1，EN接單片機的P3.2。輸出波形的各項參數(shù)及波形圖可以直接在液晶上顯示出來。液晶及鍵盤電路圖如圖4所示。4*4距陣鍵盤功能圖如圖5所示。

　　3、軟件設(shè)計

　　3.1系統(tǒng)總流程圖

　　控制菜單主要通過4*4距陣按鍵實現(xiàn)，其16個按鈕分別控制0-9、正弦波、方波、三角波、上一頁、下一頁、主菜單這幾個功能（見圖5），具體的系統(tǒng)總流程圖如圖6所示。

　　3.2頻率設(shè)置子程序的設(shè)計

　　設(shè)置頻率的時候先復(fù)位一下AD9851，然后向其寫入頻率設(shè)置命令，再調(diào)用鍵盤掃描程序輸入頻率值，完成頻率的設(shè)置，最后輸出所設(shè)置的頻率值，見圖7。

　　4、結(jié)論

　　采用先進的DDS芯片AD9851、單片機STC12C5A60S2以及高帶寬的AD603放大器，完成了函數(shù)信號發(fā)生器的設(shè)計，實現(xiàn)了頻率和幅度可調(diào)的多種信號（正弦波、方波、三角波）的輸出。通過硬件調(diào)試，輸出波形最高頻率可達50MHz，但在高頻率段存在一定的相位噪聲和雜散信號。該信號發(fā)生器使用方便快捷，外觀小巧，性能優(yōu)越，具有一定的應(yīng)用和推廣價值。