摘要：介紹了基于LPC2132為主控芯片的數字信號發(fā)生器的設計方法，分別采用直接數字頻率合成(DDS)芯片和可編程邏輯器件(CPLD)產生正弦波、方波和三角波，并設計了模擬信號放大與增益控制電路。通過鍵盤可方便的切換不同信號，實現了波形穩(wěn)定、精度較高、幅頻在規(guī)定范內可調的新型數字信號源。
關鍵詞：LPC2132；數字信號源；DDS；CPLD

在計算機控制技術、通信技術飛速發(fā)展的今天，信號源作為現代電子產品設計和生產中的重要工具，其應用越來越廣泛，對信號源的頻率范圍、穩(wěn)定度、幅值與頻率微調等提出較高的要求，普通的信號源已經不能滿足現代電子技術的要求，因此，低成本高精度信號源的設計，在高校教學和產品開發(fā)中的推廣使用具有非常重要的意義。本設計以PHILIPS公司生產的LPC2132微控制器為主控芯片，采用專用的直接數字合成(DDS)芯片AD9850產生正弦波和方波，的采用LPC2132+CPLD(EPM7128AETC100)方案產生三角波，設計了模擬信號放大與增益控制電路?？梢詫崿F多種波形輸出，輸出信號頻率和電壓峰-峰值步進可調，是一款新型的數字可調信號源。

1 系統(tǒng)原理與硬件設計
信號源的硬件整體結構如圖1所示。以單片機LPC2132為控制核心，主要由鍵盤與LCD顯示模塊、正弦波和方波發(fā)生模塊(DDS)、三角波發(fā)生模塊(CPLD與高速D／A)、增益控制和放大模塊組成。系統(tǒng)設計方案是根據信號源連續(xù)可調多波形輸出的要求，采用MCU發(fā)送頻率控制字給DDS芯片AD9850來實現的正弦波和方波的連續(xù)輸出，而三角波的實現是由MCU發(fā)送頻率控制字給CPLD和D／A產生。同時，單片機可以控制模擬轉換開關選擇輸出波形，通過對放大驅動電路的數字電位器控制改變輸出增益。信號的類型、幅度和頻率的設置及顯示，由鍵盤和LED顯示器實現。

1．1 直接數字頻率合成的原理
直接數字合成技術DDS(Direct Digital Synthesizer)是應用十分廣泛的頻率合成技術，用數字的方法獲得一個正弦信號原理如下：設單頻正弦信號表達式為：
Sout=Asinωt=Asin(2πfoutt) (1)
為了便于采用數字技術，對連續(xù)的正弦信號進行離散化處理，即把相位和幅值均轉化為數字量。用頻率為fclk的基準時鐘對正弦信號進行抽樣，在一個基準時鐘周期Tclk內，相位θ的變化量為：

上式表明，在基準時鐘信號頻率fckl確定的情況下，輸出正弦信號的頻率值fckl決定于M的大小，且與M呈線性關系。M稱為頻率控制字，N為相位累加器字長。當M取1時，可以得到輸出最小頻率，即頻率分辨率為。
將相位轉化為數字量以后，正弦信號描述為如下形式：

其中Mk-1指前一個基準時鐘周期的相位值。
由此可知，只要用頻率控制字M進行簡單的累加運算，就可以得到正弦函數的當前相位值。而正弦信號的幅值就是當前相位值的函數。獲得正弦信號的方法如圖2所示：先構建一個N位的相位累加器，在每一個時鐘周期內，將相位累加器中的值與頻率控制字相加，得到當前相位值。將當前相位值作為ROM的地址，讀出ROM中的正弦渡數據，再通過D／A轉換成模擬信號。只需改變頻率控制字，就可以一個頻率和相位都可編程控制的模擬正弦波輸出，此正弦波可直接經過比較器可轉換為方波輸出。