信息-多信号的合成信号发生器系统设计_王勤伟

1、引言

信号发生器经历了自由振荡、频率运算、数字合成（DDS）等阶段。本合成函数信号发生器是基于DDS技术实现的。主要实现正弦波、方波、脉冲波、三角波、锯齿波信号输出，和AM，FM，FSK，BPSK 等调制信号输出。正弦信号由DDS芯片直接产生，其它波形通过计数后送DA输出产生。AM信号采用在DDS的输出DA的参考上叠加调制信号的方式产生。FM信号通过改变DDS参考时钟的频率来实现调频。FSK，BPSK等数字调制使用DDS内部功能实现。

选用16*2的字符点阵LCD屏作为系统信息和用户输入信息显示。输入采用5*7的矩正式键盘。采用RS232串行通讯协议和PC通讯以实现上位机远控。拥有存储调用仪器工作状态的功能。处理器选用功能扩展的51系列单片机。

正弦信号产生的核心芯片采用AD公司的AD9852，该芯片具有48位相位累加器，最高300M采样频率，可以实现1uHz频率分辨率。嵌入FSK，BPSK等数字调制功能，内部集成了高速比较器和12位高速DA。很适合在数字系统中作为信号产生部件使用。方波信号通过将正弦信号送入AD9852的内部比较器获得，其它波形通过将获得的方波信号送入计数器，将计数器输出作为AD9852的内部DA输入，通过改变计数器模式获得不同的函数波形，改变方波频率即可实现不同的函数波形频率。

2、系统整体设计

系统主要由处理器相关部分、人机交互部分（显示、键盘）、信号

发生部分、调制部分、放大器部分、系统软件部分。其中处理器相关部分主要实现对DDS芯片、DA、LCD显示屏、RS232通讯电路、键盘数据读取等功能。信号发生部分主体为DDS芯片和波形管理电路（CPLD），实现正弦、方波、三角、锯齿波的输出。调制部分包括数字调制和模拟调制，其中FSK、BPSK使用DDS芯片的附属调制功能实

现。放大器部分由前置放大和功率放大两部分组成。系统软件由C 语言编写，嵌入在处理器芯片中。本文着重对系统软件部分和处理器相关电路部分进行深入讨论。系统框图如图1：

2.1 硬件部分设计

2.1.1 单片机相关电路设计方案

同处理器相连接的相关电路通过8位总线方式相连接。系统中使用了一片CPLD （LC4128V）作为波形管理和译码等功能使用，通过分配不同的地址空间使所有外设分享64K地址空间。

2.1.2 外部扩展RAM 部分电路设计由于系统需要存储大量的显示信息，如频率参数，幅度参数，调制状态信息，输出波形等。同时大量运算过程的中间信息也需要保存。

W78E58系列单片机的内部128字节的和另外扩展的128字节RAM已经不能满足要求，

同时考虑到其它外设地址的分配，

我们扩

展了一片32K容量的RAM。

为其分配0X0000到0X7FFF的地址空

间。

具体连接如图2：

图2

51系列单片机的低端地址和数据位为分时复用关系，所以在使用外部存储器件时必须对低8位地址锁存。74HC373为锁存器，用来锁存低端地址。W24258为32K静态RAM。其中D0～D7同单片机的P0口连接，ALE为地址锁存信号，A8～A14同单片机的P2口连接为高端地址。CS_RAM为RAM的片选信号，由地址译码电路产生。

2.1.3 显示部分电路设计

显示部分采用外购的16*2的字符点阵LCD屏，该屏提供标准8位并行数据接口。通过并行接口可以设置工作状态和发送需要显示

多信号的合成信号发生器系统设计

王勤伟 葛化敏 肖志铭

(南京信息工程大学信息与控制学院 江苏南京 210044)

摘要：信号发生器是一类十分重要的仪器，在通信、测控、导航、雷达、医疗等领域有着广泛的应用。考虑到性价比我们选择了一款扩展功能的51系列单片机W78E58作为本仪器的处理器。信号产生的核心芯片选用AD公司的AD9852。该信号发生器具有输出信号波形种类多、精度高、频带宽等特点。

关键词：信号发生器 AD9852 W78E58中图分类号：TN74文献标识码：A 文章编号：1007-9416(2011)11-0052-03Abstract:Signal generator is very important in morden electronic instruments.It is widely applied in many field such as conmunitication,navigation,radar measure and control.Consider cost performance we choose one 51 serial MCU W78E58 of expanded function, as processor of instrument this. The key chip that the signal produces selects AD9852 of AD Company.The signal generator has many virtues,such as generating multiple sorts of signals,high precision and wide frequency width.

Keywords:signal generator AD9852 W78E58

处理器

（嵌入软件）

通讯

显示

键盘

波形管理

信号发生

（D DS）

放大输出

调制管理

图1

的信息。所以在硬件连接上只要分配一个并行总线接口即可。

具体

连接关系如图3：

图3

图中RP1为LCD屏对比度调节电位器。D0～D7同系统数据总线连接。CS_LCD为LCD屏片选信号和地址线A10信号共同构成LCD屏内部寄存器选通信号，用来设置显示信息和控制信息。

2.1.4 按键部分电路设计

按键部分没有采用传统的总线或直接IO口读写的方式设置键盘矩阵的横向数据的方式。按键部分为一个安装在前面板上的独立结构，为了减少主板和按键板的连线数量，采用了串入并出的方式设置矩阵键盘横向数据。分别由SDA，SCL信号产生串行数据和时

钟，通过74HC164实现并行数据输出。

矩阵键盘的纵向数据D0～D3

分别和单片机的P1.0～P1.3连接实现键盘状态的读取。

键盘扫描中断的产生由一外接的50Hz信号触发单片机的外部中断1产生。

原

理如图4：

图4

2.1.5 幅度和方波占空比控制部分电路设计

采用了AD7528双8位DA分别控制信号输出幅度和设置方波占空比的比较电压。AD7528产生的幅度控制电压送到AD9852的信号输出DA的参考端，通过改变参考电压实现输出信号幅度的变化。AD7528产生的占空比控制电压送到AD9852内部高速比较器的一端，比较器的另输入端口接一个正弦信号，通过改变比较电压从而获得占空比可以调节的脉冲波信号。如图5：

AD7528为8位并行总线连接方式。D0～D7同系统数据总线连接，CS_DA为片选信号，由系统译码电路生成。DUTY-AMP用来选择DA数据的设置方向。RP4用来调节DA的参考电压，决定幅度控制电压的大小。

2.1.6 DDS 部分电路设计DDS （AD9852）部分是仪器的核心，其主要功能是利用周期性

信号相位连续变化的特点，通过设置相位累加器的不同步进和开始相位从而得到不同的信号频率。通过相位信息提取对应的幅度信息，然后把幅度信息送到输出DA合成模拟信号。AD9852除了具备基本的DDS功能外，还整合了高速比较器、输出控制DA、FSK调制、BPSK调制等功能。该芯片还可以选择控制方式，有串/并行方式供选择。

我们在应用中主要用来生成正弦波，同时利用其内部的高速比较器生成方波，通过改变比较器的比较电压实现方波占空比的调整。通过设置芯片内部的寄存器可以实现FSK，BPSK等数字调制模式。调节DDS输出DA的参考电压实现输出波形的幅度控制。同单片机的连接主要是数据总线，A0～A5的低位地址和WR写控制信号。

因其同处理器连接部分主要是8位并行总线故不再图示。

2.1.7 串行通讯部分电路设计

仪器通过RS232协议同PC机进行信息交换，

实现远控功能。

RS232协议部分已经由单片机固化为内部功能，

我们需要对其电平进行转换。

如图6：

图6

图中MAX232为电平转换芯片，将单片机的TTL逻辑转换为符合RS232协议的电平。RXD，TXD信号分别接到W78E58的串行输入，串行输出端口。

2.1.8 单片机系统资源分配信息单片机被设置为总线工作方式，数据总线分别与LCD显示屏，外扩RAM，DDS芯片，幅度控制DA和用来设置控制位的锁存器等外设相连接。通过地址译码电路为上述单元分配地址空间，生成片选信号。

INT0外接一个50Hz信号，产生20mS一次的外部中断事件，用来作为对键盘的定时扫描。INT1接GPIB （仪器专用并行接口）中断信号，响应GPIB事件。RXD，TXD分别接外部串行输入输出信号。

图5

······下转第55页