基于AD9850超声换能器的驱动和接收电路设计

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超声换能器驱动电路及其回波接收电路设计分析

Science and Technology & Innovation ┃科技与创新·79·文章编号：2095－6835（2015）22－0079－02超声换能器驱动电路及其回波接收电路设计分析李享（佛山市顺德区美的厨房电器制造有限公司，广东佛山 528000）摘要：随着汽车工业的不断发展，超声测距技术得到了广泛运用。

超声换能器作为该技术的关键组成部件，可实现电能转化，并决定了超声测距系统能完成的最终指标。

通过分析超声换能器的工作原理，对其驱动电路和回波接收电路的设计进行了深入探讨。

关键词：超声换能器；驱动电路；回波接收电路；超声测距系统中图分类号：TB552 文献标识码：A DOI ：10.15913/ki.kjycx.2015.22.079随着科学技术的不断进步，超声测距系统在我国各行业得到了广泛应用，比如在测井工程、机器人定位和车辆导航等方面得到了普遍运用。

由于超声测距系统可进行非接触测量，且不受烟雾、光线和磁场等的影响，可准确、便捷地实现距离测量，因此，人们对该系统的重视程度越来越高。

驱动电路和回波接收电路作为超声换能器的核心部分，其性能对整个超声测距工作有着至关重要的影响。

因此，对驱动电路和回波接收电路的设计方法进行研究有着重要意义。

1 超声换能器的测距原理超声测距系统充分运用了超声波的特点，通过电能转化的形式向外发送和接收超声波，从而实现回声探测。

所谓“超声波”，是指谐振频率较高的声波，科学上定义达到20 kHz 或超过此范围的声波为超声波。

因其频率较高，且以直线的形式传播，所以，可利用这些特性实现超声换能器的换能。

图1 超声测距原理示意图利用超声换能器能将电能转换为机械能。

由于受到电脉冲的作用，超声波会沿着介质方向运动，当声波遇到目标后，因自身的反射作用形成回波，回波返回至换能器，由换能器的接收部件接收并转换成电能，如图1所示。

如果已知介质声速为c ，由超声波发出到接收第一个回波的时间为t ，则换能器与目标之间的距离s =ct /2.为了节省成本，超声换能器采用的超声波探头的实际距离d =s .2 超声换能器的驱动电路设计 2.1超声换能器驱动电路的原理图2 超声换能器驱动电路图2为超声换能器驱动电路原理示意图，TR 右侧为超声换能器的等效电路，左侧为激励信号的功率放大电路。

一种基于AD9850的信号发生器的设计

第25卷第4期2006年12月武　汉　工　业　学　院　学　报Journal of W uhan Polytechnic University Vol 125No 14Dec 12006 收稿日期:2006207216作者简介:张旭(1981-),男,河南省新乡市人,研究生。

文章编号:1009-4881(2006)04-0042-03一种基于AD9850的信号发生器的设计张　旭,孔令艳,周　龙(武汉工业学院电气信息工程系,湖北武汉430023)摘　要:介绍了由AD9850作为核心部件,MCS51单片机作为控制部件的信号发生器。

该系统体积小、稳定性好、精度高,适用于尖端的通信系统和精密的高精度仪器以及高频无线传输系统等。

关键词:直接数字频率合成技术;AD9850;单片机中图分类号:TP 335;TP 36811 文献标识码:A0　引言在频率合成领域中,常用的频率合成技术有模拟锁相环、数字锁相环、小数分频锁相环等,而随着数字技术的飞速发展,高精度大动态范围数字/模拟转换器的出现和应用,使得用数字控制方法从一个标准参考频率源产生多个频率信号的技术,即直接数字合成(D irect D igital Synthesis 2DDS )技术异军突起,成为近年来频率合成领域中的主流技术。

由于DDS 频率合成方法具有低失真输出波形、高分辨率、高频谱纯度、可编程和宽频率输出范围等优良性能,在现代频率合成领域中具有越来越重要的地位。

在许多应用领域中,如通信、导航、雷达等,DDS 频率源已成为主流的关键部件。

其主要优点有:①频率转换快,DDS 频率转换时间一般在纳秒级;②分辨率高,大多数DDS 可提供的频率分辨率在1Hz 数量级,有的则可达0.001Hz;③频率合成范围宽;④相位噪声低,信号纯度高;⑤相位可控:DDS 可方便地控制输出信号的相位,在频率变换时也能保持相位联系;⑥生成的正弦/余弦信号正交特性好等。

因此,利用DDS 技术特别容易产生频率快速转换、分辨率高、相位可控的信号,这在电子测量、雷达系统、调频通信等领域具有十分广泛的应用前景。

1 MHz换能器驱动电路的设计

1 MHz换能器驱动电路的设计高杰;曹跃进【摘要】As a practical means of detection,ultrasonic transducer can realize the conversion between the information carried by sound wave and electric energy.It has the advantages of excellent performance,lowcost,convenient operation and debugging,so plays an important role in industrial and agricultural production.However,the transmitting frequency of the driving circuit for most transducer is 40 kHz.The circuit of 1 MHz ultrasonic transducer is designed In this paper.It mainly introduces the emissive driving circuit and the receiving circuit design and the detailed function of them.Finally,the experimental platform is built,and the circuit of input and output were tested.Experiments show that the transducer's circuit works well can provide reference for ultrasonic application in the field of high precision measurement.%超声波换能器作为一种实用的检测手段,能实现声波所携带的信息和电能之间转换.它的性能优良,价格低廉,操作方便,易于调试,因此在工农业生产中发挥着重要的作用.但目前换能器驱动电路的发射频率多为40 kHz,本文针对1 MHz的超声波换能器电路进行了设计,主要介绍了它的发射驱动电路和接收驱动电路的设计方案,并对它们的功能进行了详细地说明.最后搭建实验平台,并对电路的输入、输出模块进行了测试.实验结果表明,换能器电路运行良好,可以为超声波高精度测量领域的应用提供参考.【期刊名称】《电子设计工程》【年(卷),期】2018(026)008【总页数】5页(P124-128)【关键词】水声换能器;驱动电路;TL082CP放大电路;1 MHz交变电【作者】高杰;曹跃进【作者单位】西安工程大学电子信息学院,陕西西安 710048;西安工程大学电子信息学院,陕西西安 710048【正文语种】中文【中图分类】TN712超声波的振动频率高于20 kHz，相比于普通声波，它的指向性好，穿透力强，声能较集中，传播距离远，因此获得了普遍的认可，被广泛地应用于检验、制药、加工、洗涤以及杀菌消毒等行业[1]。

超声波电源驱动电路的设计

超声波换能器驱动电路的设计
壹
针对过流产生时，设计的软件和硬件电路双重封锁PWM信号。创新点：创新点： 1 2 解释：解释：硬件电路上双重控制PWM 信号。当没有过流发生时， EXB841的5引脚不输出故障信号，此时5引脚输出的是高电平，三极管VA0 不导通，此时，与门1引脚为高电平，由单片机产生的PWM使三极管VA1导 3 通，此时，与门2引脚为高电平，与门输出高
贰
针对EXB841芯片内部提供的-5V负偏压不足重新设计的电路。创新点：创新点：解释：解释： EXB841使用单一的20V电源产生+15V和-5V偏压。在高电压大电流条件下，开关管通断会产生干扰，使截止的IGBT误导通，针对负偏压不足的问题，设计了外部负栅压成型电路，用外接8V稳压管VA9代替了EXB841芯片内部的5V VA9为8V稳压管稳压管。电源电压升为 24V。
超声波换能器驱动电路的设计
EXB841芯片简介
EXB841芯片包含正常开通过程、正常关断过程和过流保护动作三项功能. 当1 4和15两脚间外加PWM控制信号时候，15和14脚有10mA ～ 25mA，在GE两端产生约15v ～ 18v的 IGBT开通电压；当触发控制脉冲电压撤消时，在GE两端产生约-5.1 V的IGBT关断电压. 过流保护动作过程是根据IGBT的CE极间电压Uce的大小判定是否过流而进行保护的，
超声波换能器驱动电路的设计
壹
针对过流产生时，设计的软件和硬件电路双重封锁PWM信号。创新点：创新点： 1 2 解释：解释：电平，三极管VA2导通，驱动EXB841芯片工作，当出现过流时，5引脚输出故障信号，一路信号输出至触发器S端，此时，S 端为高电平，Q端输出高电平，使三极管VA0导通，此时，与门1引脚为低电 3 平；另一路信号，输至单片机，经过单片机

一种基于DDS芯片AD9850的信号源

一种基于DDS芯片AD9850的信号源摘要：直接数字合成（DDS）是一种重要的频率合成技术，具有分辨率高、频率变换快等优点，在雷达及通信等领域有着广泛的应用前景。

文中介绍了一种高性能DDS芯片AD9850的基本原理和工作特点，阐述了如何利用此芯片设计一种频率在0～50 kHz内变化、相位正交的信号源，给出了AD9850芯片和MCS51单片机的硬件接口和软件流程。

关键词：直接数字频率合成；信号源；AD9850芯片；设计一、引言随着数字技术的飞速发展，高精度大动态范围数字／模拟（D/A）转换器的出现和广泛应用，用数字控制方法从一个标准参考频率源产生多个频率信号的技术，即直接数字合成（DDS）技术异军突起。

其主要优点有：（1）频率转换快：DDS频率转换时间短，一般在纳秒级；（2）分辨率高：大多数DDS可提供的频率分辨率在1 Hz数量级，许多可达0.001 Hz；（3）频率合成范围宽；（4）相位噪声低，信号纯度高；（5）可控制相位：DDS可方便地控制输出信号的相位，在频率变换时也能保持相位联系；（6）生成的正弦/余弦信号正交特性好等。

因此，利用DDS技术特别容易产生频率快速转换、分辨率高、相位可控的信号，这在电子测量、雷达系统、调频通信、电子对抗等领域具有十分广泛的应用前景。

美国AD公司推出的高集成度频率合成芯片AD9850就是采用DDS技术的典型产品之一。

针对DDS的上述特点，本文基于AD9850器件设计了一种信号源，用来产生两路相位正交、频率可在0～50 kHz范围变化、分辨率为1 Hz 的正弦波信号，并给出了AD9850芯片的工作原理和信号源设计的硬件接口电路及软件设计流程。

二、AD9850芯片介绍AD9850是AD公司生产的最高时钟为125 MHz、采用先进的CMOS技术的直接频率合成器，主要由可编程DDS系统、高性能模数变换器（DAC）和高速比较器3部分构成，能实现全数字编程控制的频率合成，并具有时钟产生功能，其原理框图如图1所示。

一种基于AD9850的超声波信号发生器

分析，验证了此长度的情况下可计算得到沉积物
的声速、声衰减等声学特性参数。在沉积物声学特性的
１Ａ９５Ｄ８０芯片介绍
Ａ９５Ｄ８０是美国ＡＤ公司推出的一款低功耗、可编
ＨｖｒｕｉｓＰｅｍａｉｓ＆ＳａｓＮｏ９２２ｄａｌｎｕｔｃｃｅｌ／．．０１
位寄存器便以步长Ｍ递加。相位寄存器的输出与相位
控制字相加后可输入到正弦查询表地址上。正弦查询表包含一个正弦波周期的数字幅度信息，每一个地址对应正弦波中范围的一个相位点。查询表把输入地址
Ｏ引言
目前，底沉积物声学特性的实验室研究。海主要采用超声波透射法测量海底沉积物柱状样品的穿透时间
本文以Ａ９５Ｄ８０为频率合成器，以单片机为主控制核心，计了一个超声波信号发生器。通过对实验结果的设
２８
【］蒋炎坤．Ｆ辅助发动机工程的理论与应用【．京：学２ＣＤＭ】北科
出版社．０４２０．
【】苏铭德，素逸．算流体力学基础［】京：华大学出版３黄计Ｍ．北清
社．９７１９．
［吴望一．力学［．京：京大学出版社，０４４］流体Ｍ】北北２０．
文献
［】施准备，．于ＣＤ数值模拟的水泵机组振动分析［．力５等基ＦＪ水］

基于AD9850多功能信号源的设计与实现

基于AD9850多功能信号源的设计与实现赵杰英;王浩全【摘要】设计了一个以AT89S52为核心控制器件,直接控制两片DDS芯片AD9850,通过并行控制方式实现的正弦信号发生器,并且利用差动放大芯片AD830进行正弦信号幅值调节.该系统具有频率、相位可变,幅值可调,并且能够输出稳定的相位差和振幅调制的功能.【期刊名称】《山西电子技术》【年(卷),期】2014(000)001【总页数】3页(P45-47)【关键词】AT89S52;AD9850;信号源;多功能【作者】赵杰英;王浩全【作者单位】中北大学电子测试技术国家重点实验室,山西太原030051;中北大学电子测试技术国家重点实验室,山西太原030051【正文语种】中文【中图分类】TN74随着科学技术的发展和测量技术的进步，普通的信号发生器已无法满足目前日益发展的电子技术领域的生产调试需要。

而DDS 技术是一种新兴的直接数字频率合成技术，具有频率分辨率高、频率切换速度快、切换相位连续、输出信号相位噪声低、可编程、全数字化易于集成、体积小、重量轻等优点，因而在雷达及通信等领域具有广泛的应用前景［1］。

1 DDS 的工作原理AD9850 主要由DDS 系统、高性能模数转换器(DAC)和高速比较器三部分构成，能实现全数字编程控制的频率合成。

允许工作的最高时钟为125 MHz，其原理框图如图1 所示。

图1 AD9850 原理框图图1 是AD9850 的基本原理图，它有40 位控制字，其中有32 位的频率控制字和5 位相位控制字，分别用来控制DDS 产生的正弦波的频率和相位。

其40 位控制字功能描述表如表1 所示［2］。

表1 AD9850 控制字功能描述表正弦波信号输出频率(fout)、参考时钟频率(fCLKIN)和频率控制字(M)之间的转换公式为:AD9850 在接上精密时钟源和写入频率相位控制字之后就可产生一个频率和相位都可编程控制的模拟正弦波输出，此正弦波可直接用作频率信号源或经内部的高速比较器转换为方波输出。

基于AD9850和MAX7490用于仪器校准信号源电路的设计

基于AD9850和MAX7490用于仪器校准信号源电路的设计王亚磊;周静雷【摘要】功率试验是扬声器生产过程中必经的一个测试环节,功率试验测试信号的种类有多种,为了提高功率试验系统在功率试验时的精度,设计一款基于AD9850和MAX7490用于仪器校准的信号源电路.该设计由直接数字合成器AD9850产生幅值为500 mV,频率为1 kHz的标准正弦信号,然后使用该信号对功率实验仪硬件电路中衰减和放大网络的实际衰减和放大倍数进行计算标定.由于该芯片内的DAC输出的信号中含有高频谐波,所以需要将该信号经过椭圆低通滤波器和基于MAX7490设计的四阶带通滤波器处理.经过对实际测量数据和波形的分析,电路实际参数标定准确,滤波电路滤波效果良好.【期刊名称】《电声技术》【年(卷),期】2018(042)005【总页数】5页(P52-56)【关键词】MAX7490;AD9850;信号源;带通滤波器;标定【作者】王亚磊;周静雷【作者单位】西安工程大学电子信息学院,陕西西安710048;西安工程大学电子信息学院,陕西西安710048【正文语种】中文【中图分类】TN409高精密功率试验仪器为了提高系统测试的精度，在硬件电路设计上除了选用性能良好的元器件外，还会对电路具体的性能参数，如放大和衰减的倍数等进行实际的计算标定，然后将其存储起来[1]。

软件运行时通过使用这些实际放大和衰减倍数对数据进行处理，会大大提高系统测试精度。

本次设计的电路中除了有信号发生器之外，滤波器也是重中之重。

传统滤波电路大多由分立元器件搭建而来、根据理论设计、按一定的方式组合排列，虽然能够达到预期的滤波效果，但存在着很大的不足，如：成本高、占用空间大、设计过程复杂等。

随着集成电路技术的发展，集成式滤波器得到了长足的发展和广泛的应用。

此设计采用了一款开关电容滤波芯片MAX7490，它主要由3个部分组成：运算放大器、MOS开关、电容器。

在滤波电路设计时只需要少量的外部元器件即可实现很好的滤波效果。

基于AD9850的信号发生器设计

基于AD9850的信号发生器设计
张明泽;陈仲晖
【期刊名称】《科技信息》
【年(卷),期】2011(000)031
【摘要】本文根据DDS专用芯片AD9850工作特点提出一种基于AD9850信号发生器系统设计方案.该系统具有键盘控制和串行通信两种工作模式,所产生的信号具有频率分辨率高、频率切换速度快、转换时相位连续、输出相位噪声低和可以产生任意波形等优点.它能够突破被数字电路干扰的新技术,可实现本地或异地设置频率和幅度,易于控制、性价比较高,因此在电子测量和通信领域有广阔的应用空间.【总页数】2页(P32,65)
【作者】张明泽;陈仲晖
【作者单位】鞍山市政府项目工程建设管理办公室辽宁鞍山 114051;鞍山市政府项目工程建设管理办公室辽宁鞍山 114051
【正文语种】中文
【相关文献】
1.基于MSP430F149与AD9850的信号发生器设计 [J], 周锋;卞金洪;曹瑞
2.基于AD9850构成的DDS正弦波信号发生器设计与实现 [J], 黄汉平;邱波
3.基于AD9850的函数信号发生器的设计 [J], 于军
4.基于AD9850的DDS信号发生器系统设计与实现 [J], 林万荣
5.基于AD9850的脉冲信号发生器的研究与设计 [J], 金巳婷;吕闪;罗魏魏;牛娃
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超声换能器驱动电路及回波接收电路的设计

! 超声测距原理
谐振频率高于 0.123 的声波被称为超声波 $ 超声波为直线传播方式 !频率越高!绕射能力越弱 !但反射能力越强$ 利用超声波的这种性能就可制成超声传感器!或称为超声换能器! 它是一种既可以把电能转化为声能% 又可以把声能转化为电能的器件或装置$ 换能器在电脉冲激励下可将电能转换为机械能! 向外发送超声波(反之!当换能器处在接收状态时!它可将声能 &机械能’转换为电能#
图 ! 超声测距原理图
最常用的超声测距方法是回声探测法# 其工作原理是)使换能器向介质发射声脉冲!声波遇到被测物体 &目标’后必有反射回来的声波&回波’作用于换能器上 # 若已知介质的声速为 !!第一个回波到达的时刻与发射脉冲时刻的时间差为 " ! 那么即可按式 #$!" 40 计算换能器与目标之间的距离!如图 ! 所示# 考虑到传感器的成本与安装的方便性!采用收发兼用型超声波探头!即实际距离 %$& #
!电子技术应用 " !""# 年第 !! 期
万方数据
欢迎网上投稿 !!!"#$%&$%"’& !!!"($%&$%"’)*+’&
5!
自动化与仪器仪表
的影响" 因而在此代替功率晶体管作功率放大器件&
!"! 变压器的设计
脉冲变压器是超声换能器驱动电路中最重要的器件" 它的用途是升高脉冲电压信号" 并使功率放大器的输出阻抗与换能器的负载阻抗匹配& 一般脉冲变压器以变压器的功率’ 原副边电压信号的幅值确定变压器的尺寸和变比 : 0; # 而超声换能器驱动用变压器

基于AD9850的多功能信号源的设计

图2　正电压变负电压电路出。

通常选定R 2=30k Ω(10k Ω<R 2<200k Ω)。

通过改变R 1电阻值即可方便地得到相应的输出电压值。

例如:R 1=258k Ω时,V OU T =12V 。

3.2　正电压变负电压图2所示为正电压变负电压的应用电路。

元件参数的选择与图1相同(注意POL 接V CC ),输出电压同样由R 1、R 2的关系确定:R 1=R 2×|V OU T |V REF(2)式(2)中V REF =1.25V ,同样选定R 2=30k Ω,改变R 1的阻值即可得到相应的输出电压。

例如:R 1=288kΩ时,V OU T =-12V 。

这里需要提请注意:图2所示的电路输出V OU T 只能在-28V ～-V IN 之间变化,要想得到高于-V IN 的负电压,必须将D 2的阴极与输入V IN 相连,再按式(2)计算R 1的阻值从而得到V OU T 。

但这种电路改变同时会使输出电流最大值降低一半,从而降低了负电源的供电能力,因此应尽可能采用图2所示电路得到相应的负电压。

3.3　输出电流选择MAX629提供了一个输出电流选择引脚ISET 。

无论是正电压变负电压或正电压变正电压,都可以改变ISET 与V CC 、GND 的连接,得到最大500mA 、最小250mA 的输出电流。

当电路所需电流低于250mA 时,ISET =GND ,用户即可采用功率较小的电感,输出端的电容也可采用普通电容,这样既节省空间,又降低了成本。

4　结语MAX629既可用于正电压变负电压又可用于正电压变正电压,同时输出电压改变灵活方便,变化范围宽。

具有体积小巧、成本低廉、转换灵活的优点,在需要DC 2DC 转换的控制电路中具有广泛的应用前景。

器件应用基于AD9850的多功能信号源的设计中国人民解放军电子工程学院(合肥230037)　周义建　游志刚摘　要　文章介绍了美国AD 公司推出的直接数字频率合成芯片AD9850,并给出了一种基于该芯片的多功能信号源的设计方案,该信号源具有结构简单、精度高、控制灵活的特点。

基于DDS芯片AD9850的全数控函数信号发生器的设计与实现

基于DDS芯片AD9850的全数控函数信号发生器的设计与实现龙安国(永州职业技术学院，湖南永州425006)0 引言/xsj07/xsj091134.asp信号源是电子产品测量与调试、部队设备技术保障等领域的基本电子设备。

随着科学技术的发展和测量技术的进步，普通的信号发生器已无法满足目前日益发展的电子技术领域的生产调试需要。

而DDS技术是一种新兴的直接数字频率合成技术，具有频率分辨率高、频率切换速度快、切换相位连续、输出信号相位噪声低、可编程、全数字化易于集成、体积小、重量轻等优点，因而在雷达及通信等领域具有广泛的应用前景。

1系统设计方案本文提出的采用DDS作为信号发生核心器件的全数控函数信号发生器设计方案，根据输出信号波形类型可设置、输出信号幅度和频率可数控、输出频率宽等要求，选用了美国A／D公司的AD9850芯片，并通过单片机程序控制和处理AD9850的32位频率控制字，再经放大后加至以数字电位器为核心的数字衰减网络，从而实现了信号幅度、频率、类型以及输出等选项的全数字控制。

该函数信号发生器的结构如图1所示。

本系统主要由单片机、DDS直接频率信号合成器、数字衰减电路、真有效值转换模块、A／D转换模块、数字积分选择电路等部分组成。

2 DDS的基本原理直接数字频率合成器(Derect Digital Synthesizer)是从相位概念出发直接合成所需波形的一种频率合成技术。

一个直接数字频率合成器通常由相位累加器、加法器、波形存储ROM、D／A转换器和低通滤波器(LPF)组成。

DDS的组成结构如图2所示。

其中，K为频率控制字(也叫相位增量)，P为相位控制字，W为波形控制字，fc为参考时钟频率，N为相位累加器的字长，D为ROM数据位及D／A转换器的字长。

相位累加器在时钟fc的控制下以步长K累加，输出的N位二进制码与相位控制字P、波形控制字W 相加后作为波形ROM的地址来对波形ROM进行寻址，波形ROM输出的D位幅度码S(n)经D／A转换变成阶梯波S(t)后，再经过低通滤波器平滑，就可以得到合成的信号波形。

ad8950

基于DDS技术的智能超声波功率源的研制(1)2009-04-06 23:53北京清华大学机械工程系(100084)马伯志吴敏生陈以方薛林摘要：介绍了一种基于直接数字合成技术的超声波功率源的设计,详细介绍了DDS信号产生电路、单片机控制电路、功率放大电路以及超声波功率源与换能器的匹配设计，并给出了系统软件设计方案。

关键词：直接数字合成功率超声功率放大阻抗匹配功率超声设备利用超声波的能量改变材料的某些状态，需要产生相当大或比较大的功率。

超声波功率源（或称发生器）向超声换能器提供连续的电能量，其性能特点直接影响着各种功率超声的研究工作。

近年来，我国关于功率超声的研究十分热门，尤其是超声化学和超声的生物效应，更是声学研究的热点。

上述研究需要超声波具有高分辨率、高稳定性、大功率、频率大范围可调等特点。

为此，研制了一种基于DDS技术的超声波功率源，并已将其应用在实际的声学研究中。

1 系统原理及特点系统原理如图1所示，用单片机AT89C51控制DDS芯片AD9850产生频率为1KHz~1MHz的波形信号, 功率放大采用半桥放大方式.其中,功率开关使用MOSFET模块,通过输出变压器和电感组成的匹配网络驱动压电换能器激发超声波.本系统的主要特点有：（1）采用数字DDS技术产生波形信号，分辨率高、稳定性好、频率范围大。

系统频率不会随工作时间出现漂移。

（2）功率放大器件采用大功率的MOSFET模块，功率可达2000W以上。

（3）采用变压器输出，通过串联谐振提高换能器两端电压，提高了电能的利用率。

（4）系统通过单片机串行口接收反馈或者其它数据的输入，利用编程实现智能控制。

2 系统硬件实现2.1 DDS原理及电路实现2.1.1 DDS电路工作原理DDS技术是一种用数字控制信号的相位增量技术,具有频率分辨率高、稳定性好、可灵活产生多种信号的优点。

基于DDS的波形发生器是通过改变相位增量寄存器的值（每个时钟周期的度数）来改变输出频率的，如图2 所示。

基于AD9850的信号发生器的设计与实现

基于AD9850的信号发生器的设计与实现直接数字频率合成技术(DDS)是20世纪末迅速发展起来的一种新的频率合成技术，它将先进的数字处理技术与方法引入信号合成领域，表现出优越的性能和突出的特点。

由于DDS 器件采用高速数字电路和高速D／A转换技术，具有频率转换速度快、频率分辨率高、相位噪声低、频率稳定度高等优点，此外，DDS器件很容易实现对信号的全数字式调制。

因此，直接数字频率合成器以其独有的优势成为当今电子设备和系统频率源的首选器件。

本文介绍了ADI公司出品的AD- 9850芯片，以单片机AT89S52为控制核心完成正弦信号发生器的可行性设计方案，并给出了调试通过的源程序以供参考。

1 AD9850芯片性能及管脚功能 AD9850采用了先进的CMOS工艺，支持5 V和3．3 V两种供电电压，在3．3 V供电时功耗仅为155 mW，扩展工业级温度为-40～+80 oC。

支持并行或串行输入控制接口形式，最大支持时钟频率为125MHz，此时输出的频率分辨率达0．029 1 Hz。

采用28脚SSOP表面封装形式，其管脚功能。

AD9850分为可编程序DDS系统、高性能数／模变换器(DAC)和高速比较器三部分，其中可编程DDS系统包含输入寄存器、数据寄存器和高速DDS三部分。

高速DDS包括相位累加器和正弦查找表，其中相位累加器由一个加法器和一个32位相位寄存器组成，相位寄存器的输出与一个5位的外部相位控制字相加后作为正弦查找表的地址。

正弦查找表包含一个正弦波周期的数字幅度信息，每一个地址对应正弦波中O～360范围的一个相位点。

查找表输出后驱动10 b的DAC转换器，输出两个互补的电流，其幅度可通过外接电阻Rset来调节，输出电流可由Iset=32(1．248 V／Rset)来计算，Rset的典型值为3．9 kΩ。

输出信号经过外部的一个低通滤波器后接到AD9850内部自带的高速比较器，即可产生一个与正弦波同频率且抖动很小的方波。

基于AD9850的多功能信号源设计

ＳＫ、ＦＳＫ、ＰＳＫ等调制波形的产生和输出。结合键盘和显示部分，实现了任意频率值的选择
和显示，构成了一个完整实用的信号发生器。该信号发生器可在１ＯＨｚ～４０ＭＨｚ范围内实现任意频率的输出，步进值
ｔｉｏｎｓ，Ｔｈｅｆｕｎｃｔｉｏｎｓｉｎｃｌｕｄｅｔｈａｔｏｕｔｐｕｔｔｉｎｇｓｉｎｅｓｉｎｇｌｅａｎｄｓｑｕａｒｅｗａｖｅａｎｄｏｔｈｅｒｃｏｎｖｅｎｔｉｏｎｌａｗａｖｅｆｏｒｍａｓｗｅｌｌａｓ
ＡｂｓｔｒａｃｔＴｈｅｍｕｈｉｆｕｎｃｔｉｏｎａｌｓｉｇｎａｌｓｏｕｒｃｅｃｈｏｏｓｅｔｈｅＡＤ９８５０ｃｈｉｐａｓｔｈｅｃｏｒｅｏｆｍｕｈｉｆｕｎｃｔｉｏｎａｌｓｉｎａｇｌｓｏｕｒｃｅｆｒｅｑｕｅｎｃｙｓｙｎｔｈｅｔｉｃ，ｕｓｅ８９Ｃ５２ｔｏｃｏｎｔｒｏｌｔｈｅＤＤＳＡＤ９８５０ａｎｄｄａｔａｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ．Ｔｈｅｓｙｓｔｅｍｃａｎｒｅａｌｉｚｅｍｕｃｈｆｕｎｃ —
ＡＭ，ＦＭ，ＡＳＫ，ＦＳＫ，ＰＳＫｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ．ｗｉｔｈｋｅｙｂｏａｒｄａｎｄｄｉｓｐｌａｙｐａｒｔ，Ｒｅａｌｉｚｅｉｎｐｕｔｔｉｎｇｏｆｐａｒａｍｅｔｅｒａｎｄｄｉｓ —

基于ad9850的多波形发生器仿真与设计

2 多波形发生器的设计
2.1 多波形信号的产生原理
直接数字频率合成技术采用全数字化处理方式合成信
号。设频率为f的正弦波信号
，利用Δ(t)时域采样
定理，以作为采样间隔，将模拟信号离散为函数序列S(n)。
则S(n)可表示为：
(1) 当t1 = 0时，得到正弦信号的相位序列：
(2)
由于DDS合成信号过程中并不需要用到全部信息，只需
制直接数字频率合成芯片AD9850产生激励信号，通过低通滤波、电压放
大和功率放大后，经过阻抗匹配输送给超声波换能器。
1 超声波发生器的总体结构超声波发生器的总体结构如图1所示。由控制模块、滤波及放大模
块、阻抗匹配模块、反馈模块和人机交互模块组成。其中，控制模块由 STM32单片机和DDS芯片AD9850组成，控制模块的作用是，对反馈模块传送的采样信号进行分析和处理，进行频率跟踪；控制DDS芯片产生正弦波、方波、三角波这三种信号，并通过输出频率控制字控制输出信号的频率；与上位机进行通信，使用者可以通过上位机选择超声波发生器输出的波形、频率和功率，并采集实时输出信号的频率、功率和振幅等数据，传送给显示模块。滤波及放大模块的作用是将控制模块输出的信号进行滤波及放大。阻抗匹配模块的作用是使超声波换能
随着现代电力电子技术的发展与进步，电源技术的迅速发展，各学科间相互渗透，同时也促进了新兴边缘学科的不断出现。超声技术作为一门新兴的、多学科交叉的、应用性极强的边缘科学，已在中国、美国、德国、日本、加拿大等国家引起了科研工作者的广泛高度关注，并在国民经济生产、生活、科研等各领域扮演着十分重要的角色。目前小型化、通用化、智能化、高性能的超声波发生器和简单、实用的数字控制技术已成为国内外研究的热点。所以设计采用微处理器控制、模块化电路的数

基于AD9850的多功能信号源设计

基于AD9850的多功能信号源设计摘要：AD9850以芯片为多功能信号源频率合成核心，以单片机(89C52)为控制和数据处理核心，实现了正弦波、方波及AM、FM、ASK、FSK、PSK 等调制波形的产生和输出。

结合键盘和显示部分，实现了任意频率值的选择和显示，构成了一个完整实用的信号发生器。

该信号发生器可在10 Hz～40 MHz范围内实现任意频率的输出，步进值和输出幅值可调。

经过对系统的最终测试与实验数据分析表明，该系统具有稳定性好、精度高、且范围宽等优点。

直接数字合成技术(Direct Digital Synthesizer，DDS)是由一个参考频率源产生多种频率的技术，其采用数字信号控制的相位增量，具有频率转换时间短、频率分辨率高、输出相位连续、可编程、全数字化易于集成等优点。

因此，得到了广泛的应用。

本文提出了以直接频率合成芯片AD9850为核心的多功能信号源的设计方案，给出了实现多种信号生成的具体方法。

1 直接数字频率合成原理及构成AD9850是美国AD公司推出的高集成度频率合成器，内含可编程DDS系统和高速比较器，能实现全数字编程控制的频率合成。

可编程DDS系统的核心是相位累加器，其由一个加法器和一个N 位相位寄存器组成。

每来一个时钟脉冲，加法器将频率控制数据与累加寄存器输出的累加相位数据相加，将相加后的结果送至累加寄存器的数据输入端，累加寄存器将加法器在上一个时钟作用后所产生的新相位数据反馈到加法器的输入端，以使加法器在下一个时钟的作用下继续与频率控制数据相加。

这样，相位累加器在参考时钟的作用下进行线性相位累加，当相位累加器累加满量时就会产生一次溢出，完成一个周期性的动作，这个周期就是DDS合成信号的一个频率周期，累加器的溢出频率就是输出的信号频率。

相位寄存器的输出与相位控制字相加后，可输入到正弦查询表地址上。

正弦查询表包含一个正弦波周期的数字幅度信息，每个地址对应正弦波中0°～360°范围的一个相位点。

超声换能器驱动电路及回液接收电路的设计解析

超声换能器驱动电路及回液接收电路的设计摘要：介绍了采用脉冲回波法进行超声测距的原理，设计了一种高效率的超声换能器驱动电路，使换能器和功放的阻抗匹配得到改善。

另外还设计了一种单电源回波接收电路。

本系统主要用于车辆防碰撞等领域。

从实验结果来看，发射效率和接收灵敏度均较高，回波效果良好，大大提高了超声波探头的作用距离。

关键词：超声测距脉冲变压器阻抗匹配推挽放大器随着我国汽车工业和高速公路事业的飞速发展，研制、开发基于高性价比的超声波测距技术的车辆防撞系统具有重要的社会与经济价值。

车辆防撞系统具有自动探测前方障碍物、自动减速或刹车的功能，是未来高级小汽车和载重车辆必备的安全行驶辅助装置。

日本、美国和欧洲等各大汽车公司都已投入了相当的人力、物力开发在高级汽车上使用的防撞与安全预警系统，包括毫米波雷达、CCD摄像机、GPS和高档微机等。

据海外媒体报道，戴姆勒—克莱斯勒公司日前成功开发出供商用车(尤指卡车)使用的电子刹车系统，它利用车载前视雷达感应器探测前方景物，由车载控制器处理这一感知信息而形成虚拟景象，由此来判断当前路况是否需要启动自动刹车装置。

这种新型刹车系统在未来的两、三年内即可面市，预期价格为3745欧元[1]。

显然，就普通汽车而言，该自动电子刹车装置太昂贵。

超声测距传感器价格低廉，其性能几乎不受光线、粉尘、烟雾、电磁干扰和有毒气体的影响，而且使用方便。

然而，常见的超声测距仪的作用距离较短，一般均小于或等于10m，从而限制了它在汽车高速行驶时的使用性能。

超声测距仪的作用距离不仅仅依赖于高性能的超声波探头，而且与超声波的发射与接收电路的机电能量转换效率有关。

本文主要研究一种高效的超声换能器收发电路，以增大超声测距仪的作用距离，使之能够在未来的国产化汽车主动防撞系统中得到应用。

1 超声测距原理谐振频率高于20kHz的声波被称为超声波。

超声波为直线传播方式，频率越高，绕射能力越弱，但反射能力越强。

利用超声波的这种性能就可制成超声传感器，或称为超声换能器，它是一种既可以把电能转化为声能、又可以把声能转化为电能的器件或装置。

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ｏｎＡＤ９８５０
ＷＥＩＪｕｎ — ｙｉＬＯＮＧＪｉａｎ－ｊｕｎＬＩＧａｎ — ｘｉａｎ
（１．ＦａｃｔｄｔｙｏｆＥｌｅｃｔｒｏｍｅｃｈａｎｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＧｕａｎｇｄｏｎｇＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｇｕａｎｇｚｈｏｕ５１０００６，Ｃｈｉｎａ；２．ＳｏｕｔｈＣｈｉｎａＳｅａＩｎｓｔｉｔｕｔｅｏｆＯｃｅａｎｏｌｏｇｙ，ＣｈｉｎｅｓｅＡｃａｄｅｍｙｏｆＳｃｉｅｎｃｅｓ，Ｇｕａｎｇｚｈｏｕ５１０３０１，Ｃｈｉｎａ）
ｔｈｅｔｒａｎｓｄｕｃｅｒ，ａｎｄｔｈｅｎｔｈｅｒｅｃｅｐｔｉｏｎｓｉｇｎａｌｗａｓｐｒｏｃｅｓｓｅｄｂｙｃｈａｒｇｅａｍｐｌｉｉｅｆｒａｎｄｂａｎｄ — ｐａｓｓｉｌｆｔｅｒ．Ｆｉｎａｌｌｙ，ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｓｈｏｗｓｔｈａｔｔｈｅ
Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ＡＤ９８５０；ｆｒｅｑｕｅｎｃｙｄｉｖｉｄｉｎｇａｎｄｐｈａｓｅｓｈｉｔｉｆｎｇ；ｐｕｓｈ－ｐｕｌｌａｍｐｌｉｉｆｅｒ；ｃｈａｒｇｅａｍｐｌｉｉｅｆｒ；ｂａｎｄ —ｐａｓｓｉｌｆｔｅｒ
Ｏ引言
ｃｉｒｃｕｉｔｓｎｏｔｏｎｌｙｗｅｒｅｉｎｇｏｏｄｃｏｎｄｉｔｉｏｎ，ｂｕｔａｌｓｏｍｅｔｔｈｅｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｒｅｑｕｉｒｅｍｅｎｔｓ．
研赛与
ＤｏＩ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１００９－９４９２．２０１３．０７．０２８
基于ＡＤ９８５０超声换能器的驱动和接收电路设计
魏俊益，龙建军，李赶先
（１．广东工业大学机电工程学院，广东广州５１００６；２．中国科学院南海海洋研究所，广东广州５１０３０１）
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎｏｒｄｅｒｔｏｉｍｐｒｏｖｅｔｈｅｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔａｃｃｕｒａｃｙｏｆｕｌｔｒａｓｏｎｉｃｔｅｓｔｉｎｇｏｎｓｕｂｍａｒｉｎｅａｃｏｕｓｔｉｃｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔｓ，ｔｈｉｓｐａｐｅｒｕｓｅｄｔｈｅＤＤＳｃｈｉｐＡＤ９８５０ａｓａｈｉｇｈ－ｐｒｅｃｉｓｉｏｎｓｉｇｎａｌｓｏｕｒｃｅ，ａｎｄｄｅｓｉｇｎｅｄｔｈｅｄｒｉｖｅｒａｎｄｒｅｃｅｉｖｅｒｃｉｒｃｕｉｔｓｏｆｕｌｔｒａｓｏｎｉｃｔｒａｎｓｄｕｃｅｒ．Ｓｏｍｅｍｅｔｈｏｄｓｓｕｃｈａｓ，ｆｉ＇ｅｑｕｅｎｃｙｄｉｖｉｓｉｏｎ，ｐｈａｓｅｓｈｉｔ，ｏｆｐｔｉｃａｌｉｓｏｌａｔｉｏｎ，ｐｏｗｅｒａｍｐｌｉｉｃｆａｔｉｏｎａｎｄｉｍｐｅｄａｎｃｅｍａｔｃｈｉｎｇ，ｅｔｃ，ｗｅｒｅｄｅｓｉｇｎｅｄｔｏｄｉｖｒｅ
中图分类号：ＴＢ５５２文献标识码：Ａ文章编号：１００９ —９４９２（２０１３）０７—００９７ —０５
ＤｒｉｖｅｒａｎｄＲｅｃｅｉｖｅｒＣｉｒｃｕｉｔＤｅｓｉｇｎｏｆＵｌｔｒａｓｏｕｎｄＴｒａｎｓｄｕｃｅｒＢａｓｅｄ
摘要：为了提高超声检测在海底声学测量中的测量精度，利用ＤＤＳ芯片ＡＤ９８５０作为高精度信号源，并设计了超生换能器的驱
动和接收电路。采用分频移相、光电隔离、功率放大的和阻抗匹配的方法对换能器进行驱动；用电荷放大器和带通滤波器对接
收信号进行处理。实验结果表明，电路性能良好，满足测量要求。关键词：ＡＤ９８５０；分频移相；推挽放大器；电荷放大器；带通滤波器