隨著數(shù)字技術(shù)的飛速發(fā)展,，高精度大動態(tài)范圍數(shù)字／模擬(D,，A)轉(zhuǎn)換器的出現(xiàn)和廣泛應(yīng)用，用數(shù)字控制方法從一個標準參考頻率源產(chǎn)生多個頻率信號的技術(shù),，即直接數(shù)字合成(DDS)異軍突起,。其主要優(yōu)點有：(1)頻率轉(zhuǎn)換快：DDS頻率轉(zhuǎn)換時間短，一般在納秒級,；(2)分辨率高：大多數(shù)DDS可提供的頻率分辨率在1 Hz數(shù)量級,，許多可達0．001 Hz；(3)頻率合成范圍寬,；(4)相位噪聲低,，信號純度高；(5)可控制相位：DDS可方便地控制輸出信號的相位,，在頻率變換時也能保持相位,；(6)生成的正弦／余弦信號正交特性好等。因此,，利用DDS技術(shù)特別容易產(chǎn)生頻率快速轉(zhuǎn)換,、分辨率高、相位可控的信號,，這在電子測量,、雷達系統(tǒng)、 調(diào)頻通信,、電子對抗等領(lǐng)域具有十分廣泛的應(yīng)用前景,。 

1. 工頻信號發(fā)生器的組成 
低頻信號發(fā)生器組成框圖它主要包括主振器、電壓放大器,、輸出衰減器,、功率放大器、阻抗變換器和指示電壓表等,。

（1）主振器 
RC文氏橋式振蕩器具有輸出波形失真小,、振幅穩(wěn)定、頻率調(diào)節(jié)方便和頻率可調(diào)范圍寬等特點,，故被普遍應(yīng)用于低頻信號發(fā)生器主振器中,。主振器產(chǎn)生與低頻信號發(fā)生器頻率*的低頻正弦信號。 
文氏橋式振蕩器每個波段的頻率覆蓋系數(shù)（即zui高頻率與zui低頻率之比）為10,，因此,，要覆蓋1Hz～1MHz的頻率范圍，至少需要五個波段,。為了在不分波段的情況下得到很寬的頻率覆蓋范圍,，有時采用差頻式低頻振蕩器，圖2.8為其組成框圖。假設(shè)f2=3.4MHz,，f1可調(diào)范圍為3.3997MHz～5.1MHz,，則振蕩器輸出差頻信號頻率范圍為300Hz （3.4MHz-3.3997MHz）～1.7MHz（5.1 MHz-3.4 MHz）。

差頻式振蕩器的缺點是對兩個振蕩器的頻率穩(wěn)定性要求很高,，兩個振蕩器應(yīng)遠離整流管,、功率管等發(fā)熱元件，彼此分開,，并良好屏蔽,。 
（2）電壓放大器 
電壓放大器兼有緩沖與電壓放大的作用。緩沖是為了使后級電路不影響主振器的工作,，一般采用射極跟隨器或運放組成的電壓跟隨器,。放大是為了使信號發(fā)生器的輸出電壓達到預(yù)定技術(shù)指標。為了使主振輸出調(diào)節(jié)電位器的阻值變化不影響電壓放大倍數(shù),，要求電壓放大器的輸入阻抗較高,。為了在調(diào)節(jié)輸出衰減器時，不影響電壓放大器,，要求電壓放大器的輸出阻抗低,，有一定的帶負載能力。為了適應(yīng)信號發(fā)生器寬頻帶等的要求,，電壓放大器應(yīng)具有寬的頻帶,、小的諧波失真和穩(wěn)定的工作性能。 
（3）輸出衰減器 
輸出衰減器用于改變信號發(fā)生器的輸出電壓或功率,，分為連續(xù)調(diào)節(jié)和步進調(diào)節(jié),。連續(xù)調(diào)節(jié)由電位器實現(xiàn)，步進調(diào)節(jié)由步進衰減器實現(xiàn),。圖2.9為常用輸出衰減器原理圖，圖中電位器RP為連續(xù)調(diào)節(jié)器（細調(diào)）,，電阻R1～R8與開關(guān)S構(gòu)成步進衰減器,，開關(guān)S為步進調(diào)節(jié)器（粗調(diào)）。調(diào)節(jié)RP或變換開關(guān)S的擋 
（4） 功率放大器及阻抗變換器功率放大器用來對衰減器輸出的電壓信號進行功率放大,，使信號發(fā)生器達到額定功率輸出,。為了能實現(xiàn)與不同負載匹配，功率放大器之后與阻抗變換器相接,，這樣可以得到失真小的波形和zui大的功率輸出,。 
阻抗變換器只有在要求功率輸出時才使用，電壓輸出時只需衰減器,。阻抗變換器即匹配輸出變壓器,，輸出頻率為5Hz～5kHz時使用低頻匹配變壓器，以減少低頻損耗，輸出頻率為5kHz～1MHz時使用高頻匹配變壓器,。輸出阻抗利用波段開關(guān)改變輸出變壓器次級圈數(shù)來改變,。 
2. 工作原理及結(jié)構(gòu) 
函數(shù)信號發(fā)生器產(chǎn)生信號的方法有三種：一種是由施密特電路產(chǎn)生方波，然后經(jīng)變換得到三角波和正弦波形,；第二種是先產(chǎn)生正弦波再得到方波和三角波,；第三種是先產(chǎn)生三角波再變換為方波和正弦波。在此主要介紹*種方法,，即脈沖式函數(shù)信號發(fā)生器

3. 工頻信號發(fā)生器的主要工作特性 

①頻率范圍 一般為20Hz～1MHz,，且連續(xù)可調(diào)。 
②頻率準確度 ±（1～3）%,。 
③頻率穩(wěn)定度 一般為（0.1～0.4）%/小時,。 
④輸出電壓 0～10V連續(xù)可調(diào)。 
⑤輸出功率 0.5～5W連續(xù)可調(diào),。 
⑥非線性失真范圍 （0.1～1）%,。 
⑦輸出阻抗 50Ω、75Ω,、150Ω,、600Ω、5kΩ等幾種,。 
⑧輸出形式 平衡輸出與不平衡輸出,。 

4. 的使用 
低頻信號發(fā)生器型號很多，但它們的使用方法基本類似 
（1）了解面板結(jié)構(gòu) 
使用儀器之前,，應(yīng)結(jié)合面板文字符號及技術(shù)說明書對各開關(guān)旋鈕的功能及使用方法進行耐心細致的分析了解,，切忌盲目猜測。信號發(fā)生器面板上有關(guān)部分通常按其功能分區(qū)布置,，一般包括：波形選擇開關(guān),、輸出頻率調(diào)諧部分（包括波段、粗調(diào),、微調(diào)等）,、幅度調(diào)節(jié)旋鈕（包括粗調(diào)、細調(diào)）,、阻抗變換開關(guān),、指示電壓表及其量程選擇、電源開關(guān)及電源指示,、輸出接線柱等,。 
5. AD9850 芯片介紹 
AD9850是AD公司生產(chǎn)的zui高時鐘為125 MHz、采用*的CMOS技術(shù)的直接頻率合成器,，主要由可編程DDS系統(tǒng),、高性能模數(shù)變換器(DAC)和高速比較器3部分構(gòu)成,，能實現(xiàn)全數(shù)字編程控制的頻率合成，并具有時鐘產(chǎn)生功能,。AD9850的DDS系統(tǒng)包括相位累加器和正弦查找表,，其中相位累加器由一個加法器和一個32位相位寄存器組成，相位寄存器的輸出與外部相位控制字(5位)相加后作為正弦查找表的地址,。正弦查找表實際上是一個相位／幅度轉(zhuǎn)換表,，它包含一個正弦波周期的數(shù)字幅度信息，每一個地址對應(yīng)正弦波中0,。一360,。范圍的一個相位點。查找表把輸入地址的相位信息映射成正弦波幅度信號,，然后驅(qū)動10bit的DA變換器,，輸出2個互補的電流，其幅度可通過外接電阻進行調(diào)節(jié),。AD9850還包括—個高速比較器,，將DA變換器的輸出經(jīng)外部低通濾波器后接到此比較器上即可產(chǎn)生一個抖動很小的方波，這使得AD9850可以方便地用作時鐘發(fā)生器,。AD9850包含40位頻率／相位控制字,，可通過并行或串行方式送人器件：并行方式指連續(xù)輸入5次，每次同時輸入8位(1個字節(jié)),；串行方式則是在—個管腳完成40位串行數(shù)據(jù)流的輸入,。這40位控制字中有32位用于頻率控制，5位用于相位控制,，1位用于掉電(powerdown)控制,，2位用于選擇工作方式。在并行輸入方式下,，通過8位總線D0一D7將外部控制字輸入到寄存器,，在W—CLK(字輸入時鐘)的上升沿裝入*個字節(jié)，并把指針指向下一個輸入寄存器,，連續(xù)5個W—CLK的上升沿讀入5個字節(jié)數(shù)據(jù)到輸入寄存器后,，W—CLK的邊沿就不再起作用。然后在rQ—UD(頻率更新時鐘)上升沿到來時將這40位數(shù)據(jù)從輸入寄存器裝入到頻率／相位寄存器,，這時DDS輸出頻率和相位更新一次,，同時把地址指針復(fù)位到*個輸入寄存器以等待下一次的頻率／相位控制字輸入,。 
6 硬件設(shè)計 
要產(chǎn)生兩路相位正交,、頻率可由外部控制的正弦信號，必須通過單片機編程來完成外部輸入的頻率數(shù)據(jù)(3個字節(jié))與DDS38芯片(AD9850)內(nèi)部頻率相位控制字(5個字節(jié))間的轉(zhuǎn)換,。單片機8051與AD9850芯片的接口既可采用并行方式,，也可采用串行方式，本設(shè)計采用的是8位并行接口方式。由于需要產(chǎn)生VQ兩路正弦信號,，因此使用了2片AD9850芯片,，這兩路的頻率相同，相位差90,。,。單片機8051的P1口(P1．0一P1．7腳)用作外部控制字輸入，通過中斷1和中斷0讀入外部頻率數(shù)據(jù),，連續(xù)讀3次,，對應(yīng)頻率值的二進制數(shù)；單片機的P0口(P0．0一P0．7腳)用作頻率／相位控制字輸出,，通過8位緩沖器74LS244作數(shù)據(jù)緩沖后加到2片AD9850芯片的8位控制字輸入端(DO—D7腳),，同時產(chǎn)生相應(yīng)的DDS時序控制信號(一路復(fù)位reset1、二路復(fù)位reset2,、一路字輸入時鐘W1,、二路字輸入時鐘W2、一路頻率更新時鐘FU1,、二路頻率更新時鐘FU2)加到AD9850芯片的對應(yīng)管腳,。AD9850的外部參考時鐘信號(dk4Om)頻率為40 MHz，由晶體振蕩器產(chǎn)生,。單片機8051的復(fù)位信號(reset),、中斷0和中斷1控制信號(intO、int1)由外部控制系統(tǒng)給出,，從而實現(xiàn)兩路相位正交,、頻率可控的正弦信號。該DDS信號源的硬件接口電路如圖1所 
圖1 DDS信號源硬件接口電路 
7. 軟件控制 
此程序的功能就是要將外部輸入的頻率數(shù)據(jù)按照一定協(xié)議和算法變換成DDS芯片(AD9850)所能接受的格式,，并送出相應(yīng)的頻率相位控制信號,，從而使AD9850能產(chǎn)生兩路相位正交、頻率可控的正弦信號,。下面給出程序設(shè)計輸入,、輸出、變換算法,。 
(1) 輸入 
數(shù)據(jù)同步：上升沿時讀人1個字節(jié)的頻率數(shù)據(jù),，作為intl中斷輸入； 
數(shù)據(jù)寫入：上升沿時頻率更新1次,，作為intO中斷輸入,； 
8位數(shù)據(jù)：輸入的頻率字節(jié)。分3次輸入,，如圖2所示,。

(2)輸出 
單片機控制程序?qū)a(chǎn)生下述輸出信號加到DDS芯片(AD9850)的對應(yīng)腳： 
reset1：一路DDS復(fù)位(一路AD9850第22腳),； 
reset7．：二路DDS復(fù)位(-路AD9850第22腳)； 
w1：一路數(shù)據(jù)同步(一路AD9850第7腳),； 
w2：二路數(shù)據(jù)同步(二路AD9850第7腳),； 
ful：一路數(shù)據(jù)寫入(一路AD9850第8腳)； 
fu2：二路數(shù)據(jù)寫入(二路AD9850第8腳),； 
P0口(P0．0一P0．7)：8位頻率／相位數(shù)據(jù)輸出(AD9850的DO—D7腳),。 
(3)算法：程序中單片機輸入頻率數(shù)據(jù)F(3個字節(jié))與輸出頻 
率數(shù)據(jù)△P(4個字節(jié))間的變換算法見式(2) 
其中CLKIN為外部參考時鐘(40 M Hz)。 
(4)程序流程：整個程序由主程序,、中斷0子程序,、中斷1子 
程序三部分構(gòu)成。流程圖略,。