基于AD9851的受控正弦信號(hào)發(fā)生器設(shè)計(jì)

摘要：以TI公司超低功耗單片機(jī)(MSP430F420)，電流變送器(XTR105PA)，電流接收器(RCV420KP)及DDS芯片AD9851為主要器件，設(shè)計(jì)二線式電流型電阻變送器控制的正弦信號(hào)發(fā)生器，變送器可變電阻阻值范圍為1000～2000 Ω，對(duì)應(yīng)輸出頻率為1000～2 000 kHz的正弦信號(hào)，可用示波器顯示，阻值由LFD顯示。
關(guān)鍵詞：AD9851；電流變送器XTR105；電流接收器RCV420；MSP430；受控正弦信號(hào)發(fā)生器

0 引言
    現(xiàn)代電子產(chǎn)品對(duì)信號(hào)源的要求不斷提高，信號(hào)源必須滿足高精度、高速度、高分辨率且具備良好的可控可調(diào)性等要求。研究了基于DDS(Direct Digital Synthesis，直接數(shù)字頻率合成)技術(shù)的可控信號(hào)發(fā)生器，以美國(guó)AD公司推出的DDS集成芯片AD9851為核心，通過(guò)MSP430單片機(jī)控制，結(jié)合一種高精度信號(hào)調(diào)理電路(由電流接收器RCV420和電流變送器XTR105構(gòu)成)，實(shí)現(xiàn)受控正弦信號(hào)發(fā)生器的設(shè)計(jì)。

1 系統(tǒng)設(shè)計(jì)
    系統(tǒng)主要由可調(diào)變阻器，電流變送器，電流接收器，單片機(jī)，DDS及電源構(gòu)成，系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖如圖1所示。設(shè)計(jì)思路：當(dāng)可調(diào)電阻在1 000～2000 Ω之間變化時(shí)，經(jīng)電流變送器后輸出相應(yīng)4～20 mA的電流，經(jīng)RCV420KP轉(zhuǎn)換為0～5 V電壓輸出信號(hào)，并將其處理到相應(yīng)的0～1．2 V送單片機(jī)MSP430。由單片機(jī)處理后送LED顯示阻值，同時(shí)送出頻率控制字到DDS芯片AD9851，經(jīng)AD9851輸出正弦信號(hào)。

2 模塊設(shè)計(jì)
2．1 二線式電流變送器
    二線式電流變送器主要由芯片XTR105PA構(gòu)成，實(shí)現(xiàn)由阻值1～2kΩ轉(zhuǎn)換為4～20 mA電流，其中R2是精密變阻器，變阻范圍為1～2 kΩ，如圖2變送器電路所示，由XTR105第7腳(I／O)輸出4～20mA電流。

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2．2 信號(hào)發(fā)生模塊
    信號(hào)發(fā)乍部分主要由電流接收器RCV420與信號(hào)發(fā)生器組成。RCV420實(shí)現(xiàn)4～20 mA電流線性地轉(zhuǎn)換為0～5V電壓信號(hào)，信號(hào)發(fā)生器主要由單片機(jī)及DDS芯片組成，單片機(jī)采集來(lái)自電流接收器RCV420的電壓信號(hào)，正弦信號(hào)由DDS芯片產(chǎn)生，經(jīng)低通濾波及OPA227PA放大后輸出，通過(guò)LED顯示正弦信號(hào)頻率。
2．2．1 電流接收器RCV420
    電流接收器RCV420連接在XTR105的輸出端，此芯片實(shí)現(xiàn)將輸出4～20 mA的電流信號(hào)換為0～5 V電壓信號(hào)，通過(guò)串接4．7 kΩ和1 kΩ電阻，將0～5 V信號(hào)轉(zhuǎn)換為0～1．2V的電壓信號(hào)送MSP430單片機(jī)，具體電路如圖3接收器電路所示。
2．2．2 單片機(jī)MSP430及DDS芯片AD9851
    MSP430單片機(jī)可直接接收模擬信號(hào)進(jìn)行處理，將電壓值轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的電阻值，送LED數(shù)碼顯示，此過(guò)程由軟件完成，同時(shí)送出頻率控制字給AD9851，由AD9851輸出正弦信號(hào)。AD9851包括相位寄存器、相位全加器、D／A轉(zhuǎn)換器，相位寄存器和相位全加器構(gòu)成相位累加器。其內(nèi)部的控制字寄存器首先寄存來(lái)自外部頻率、相位控制字，相位累加器接收來(lái)自控制字寄存器的數(shù)據(jù)后決定最終輸出信號(hào)頻率和相位的范圍和精度，經(jīng)過(guò)內(nèi)部D／A轉(zhuǎn)換器后，所得到的就是最終的合成信號(hào)。如果頻率控制字為M，相位累加器的位數(shù)為N，系統(tǒng)外部參考時(shí)鐘頻率為30 MHz，AD9851具備6倍參考時(shí)鐘倍乘器使能功能，則經(jīng)過(guò)內(nèi)部6倍參考時(shí)鐘倍乘器后，可得到AD9851內(nèi)部工作時(shí)鐘fc為180 MHz，此時(shí)最終合成信號(hào)的頻率由公式可得。從可變電阻阻值到M的對(duì)應(yīng)關(guān)系以及輸出信號(hào)頻率的確定，整個(gè)過(guò)程由軟件完成。MSP430與AD9851接口如圖4所示。

3 結(jié)語(yǔ)
    設(shè)計(jì)中采用DDS技術(shù)，具有突出優(yōu)點(diǎn)：頻率分辨率高；頻率切換速度快；相位噪聲低，信號(hào)純度高；超寬的頻率范圍；能實(shí)現(xiàn)各種調(diào)制波和任意波形的產(chǎn)生；易于實(shí)現(xiàn)全數(shù)字化的設(shè)計(jì)等。同時(shí)，16位MSP430單片機(jī)具有超低功耗、強(qiáng)大的處理能力、高性能模擬技術(shù)及豐富的片上外圍模塊、高效的開(kāi)發(fā)環(huán)境及同步連接至模擬信號(hào)和數(shù)字組件的特性使系統(tǒng)工作穩(wěn)定性好，硬件電路簡(jiǎn)單化。