CN110708042A - 基于ad9833芯片的三路多波形相位差可调的信号发生器 - Google Patents

基于ad9833芯片的三路多波形相位差可调的信号发生器 Download PDF

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Abstract

本发明实施例提供的基于AD9833芯片的三路多波形相位差可调的信号发生器，其将三片AD9833芯片整合在一起，采用键盘电路、显示电路和STM单片机实现AD9833芯片频率和相位差的设置，使三片AD9833芯片同步输出三路正弦波、三角波和方波三种信号及相位差，输出信号的频率可在1Hz‑1MHz范围进行设置，误差小于0.1Hz，输出的信号的相位差可以在±180°内进行设置，输出的信号波精度高，输出波形较为稳定，相位差输出准确，整套系统具有同步性好和调整方便等优点。

Description

基于AD9833芯片的三路多波形相位差可调的信号发生器
技术领域
本发明涉及一种基于AD9833芯片的三路多波形相位差可调的信号发生器。
背景技术
多路信号源作为一种信号发生器，广泛应用于仪器仪表、电气控制、智能控制等多个领域。以往的信号发生器多采用阻容振荡电路或MAX038等集成芯片来实现，这类方法输出信号稳定性不高，另外，基于这类方法的信号发生器用于测试交流电机特性时，很难实现相位差之间的准确控制。
发明内容
本发明实施例在于提供一种基于AD9833芯片的三路多波形相位差可调的信号发生器，其能够缓解上述问题。
为了缓解上述的问题；本发明实施例采取的技术方案如下：
本发明实施例提供的一种基于AD9833芯片的三路多波形相位差可调的信号发生器，其包括：STM单片机，其输入侧耦接有键盘电路，其输出侧耦接有显示电路以及三片AD9833芯片；
所述STM单片机采用三个数据输出引脚分别与三片AD9833芯片的SDA引脚连接，采用三个时钟信号输出引脚分别与三片AD9833芯片的SCLK引脚连接，采用一个使能信号输出引脚同时与三片AD9833芯片的EN引脚连接；
各AD9833芯片的VCC引脚均接+5V电源，并通过第一非极性电容与COMP引脚连接；
各AD9833芯片的CAP引脚均连接有第一极性电容和第二非极性电容，第一极性电容的正极、第二非极性电容的一端均与CAP引脚连接，第一极性电容的负极、第二非极性电容的另一端共接后接地；
各AD9833芯片的MCLK引脚共接一个参考时钟源；
各AD9833芯片的OUT引脚均依次接滤波器和功率放大模块；
三个所述功率放大模块的信号输出端分别作为信号发生器的三个信号输出端，分别用于输出正弦波、三角波和方波；
键盘电路用于设定信号发生器的三个信号输出端的输出频率和相位差。
在本发明实施例中，在STM单片机的控制下，实现了三路具有高精度，性能稳定的正弦波、三角波和方波信号的输出，输出的波形较为稳定，相位差输出准确，整套系统具有同步性好和调整方便等优点。
可选地，所述滤波器为容值为20pF的第三非极性电容，其一端接地，另一端同时与AD9833芯片的OUT引脚和功率放大模块的信号输入端连接。
可选地，所述功率放大模块包括第四非极性电容、第二极性电容、第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻、电位器、型号为OP284的高压放大器、型号为OPA549的功率放大芯片；
所述高压放大器的第2引脚作为所述功率放大模块的信号输入端，其第3引脚、第1引脚共接后与第二电阻的一端连接，其第8引脚接地，其第4引脚接5V电源以及第四非极性电容的一端，第四非极性电容的另一端与第一电阻的一端共接后接地；
所述功率放大芯片的第3引脚同时与第一电阻的另一端、电位器的第一电阻端、电位器的活动接确点连接，其第4引脚与第二电阻的另一端连接，其第7引脚和第6引脚共接后接地，其第10引脚接35V直流稳压电源，并与第二极性电容的正极连接，其第9引脚悬空，其第8引脚接第三电阻后接地，其第1引脚和第2引脚均与第四电阻的一端连接，第二极性电容的负极接地，第四电阻的另一端与电位器的第二电阻端共接后作为所述功率放大模块的信号输出端。
可选地，所述第四非极性电容的容值、所述第二极性电容的容值、所述第一非极性电容的容值、第一极性电容的容值、第二非极性电容的容值分别为0.1μF、2200μF、0.1μF、10μF、0.1μF，所述第一电阻的阻值、所述第二电阻的阻值、所述第三电阻的阻值、所述第四电阻的阻值、所述电位器的最大阻值分别为200Ω、200Ω、2.5KΩ、1Ω、10KΩ。
可选地，所述参考时钟源的频率为25MHZ。
为使本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举本发明实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1是本发明所述信号发生器的总体结构图；
图2是AD9833芯片的电路连接原理图；
图3是功率放大模块的电路原理图；
图4是三个AD9833芯片的时序图；
图5是频率10KHz相位差30°时的测试波形图；
图6是频率10KHz相位差90°时的测试波形图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
请参照图1和图2，本发明实施例提供的一种基于AD9833芯片的三路多波形相位差可调的信号发生器，其包括：STM单片机，其输入侧耦接有键盘电路，其输出侧耦接有显示电路以及三片AD9833芯片U01、U02、U03；STM单片机采用三个数据输出引脚分别与三片AD9833芯片的SDA引脚连接，采用三个时钟信号输出引脚分别与三片AD9833芯片的SCLK引脚连接，采用一个使能信号输出引脚同时与三片AD9833芯片的EN引脚连接；各AD9833芯片的VCC引脚均接+5V电源，并通过第一非极性电容CO4与COMP引脚连接；各AD9833芯片的CAP引脚均连接有第一极性电容ECO2和第二非极性电容CO5，第一极性电容ECO2的正极、第二非极性电容CO5的一端均与CAP引脚连接，第一极性电容ECO2的负极、第二非极性电容CO5的另一端共接后接地；各AD9833芯片的MCLK引脚共接一个参考时钟源(其频率可选25MHZ)；各AD9833芯片的OUT引脚均依次接滤波器和功率放大模块；三个功率放大模块的信号输出端分别作为信号发生器的三个信号输出端，分别用于输出正弦波、三角波和方波。
在本发明实施例中，实现多路信号输出的核心是如何控制使三个独立的AD9833芯片进行相位同步。这里将三片DDS芯片AD9833整合在一起，根据频率合成技术，构造出一种三路多波形且相位差在±180°可调的信号发生器；采用键盘电路(其结构为现有技术常见矩阵键盘结构，各按键的信号输出端连接在单片机的输入侧)、显示电路和STM单片机实现AD9833芯片频率和相位差的设置，使三片AD9833芯片同步输出正弦波、三角波和方波三种信号及相位差，输出信号的频率可在1Hz-1MHz范围进行设置，误差小于0.1Hz，输出的信号的相位差可以在±180°内进行设置。
在本发明实施例中，显示电路的结构与现有技术相同，这里做简要文字说明，其包括型号为max7219的LED显示驱动器，型号为SMG2的若干数码管，LED显示驱动器除连接外围电路外，其输入侧与STM单片机的显示输出侧连接，用于接收显示信号，其输出侧与各数码管连接，用于驱动数码管显示相关内容。
在本发明实施例中，AD9833芯片的核心是28位加法器和DAC控制器，对于每个参考时钟信号加法器地址加一，加法器作用于波形数据表。地址表中的数据传导到AD9833芯片的DAC寄存器，完成电压的输出。加法器不停加一，DAC寄存器输出的电压不断变化，从而实现波形的输出。完成上述功能，必须要计算频率控制字，其频率控制字可以采用公式(1)进行计算。
Figure BDA0002229000070000051
式中CW—频率控制字，待求量；
fN—AD9833芯片内部频率控制字的位数，fN＝28；
FOUT—输出频率值，已知量；
FREF_CLK—参考时钟频率，这里选用频率为25MHz、5V供电的有源晶体来提供参考时钟频率。
在本发明实施例中，AD9833芯片内部包含一个12位的相位控制寄存器和一个12位相位加法器，类似于公式(1)，相位控制字的计算方法如公式(2)所示。
式中CP—相位控制字；
pN—输出相位值，pN＝12；
POUT—输出相位值。
在本发明实施例中，在STM单片机的同步时钟信号SCLK的作用下，数据通过三片AD9833芯片的SDA引脚分别送入三片AD9833芯片中，其时序如图4所示，图中SDA1、SDA2和SDA3分别表示三片AD9833芯片中的SDA信号，ENS为STM单片机的使能控制信号，SCLK为STM单片机的同步时钟信号。
可选地，滤波器为容值为20pF的第三非极性电容DCO1，其一端接地，另一端同时与AD9833芯片的OUT引脚和功率放大模块的信号输入端连接。
可选地，功率放大模块包括第四非极性电容C42、第二极性电容EB01、第一电阻R01、第二电阻R02、第三电阻R03、第四电阻CB01、电位器RP1、型号为OP284的高压放大器U4A、型号为OPA549的功率放大芯片U05；
高压放大器U4A的第2引脚作为功率放大模块的信号输入端，其第3引脚、第1引脚共接后与第二电阻R02的一端连接，其第8引脚接地，其第4引脚接5V电源以及第四非极性电容C42的一端，第四非极性电容C42的另一端与第一电阻R01的一端共接后接地；
功率放大芯片U05的第3引脚同时与第一电阻R01的另一端、电位器RP1的第一电阻端、电位器RP1的活动接确点连接，其第4引脚与第二电阻R02的另一端连接，其第7引脚和第6引脚共接后接地，其第10引脚接35V直流稳压电源，并与第二极性电容EB01的正极连接，其第9引脚悬空，其第8引脚接第三电阻R03后接地，其第1引脚和第2引脚均与第四电阻CB01的一端连接，第二极性电容EB01的负极接地，第四电阻CB01的另一端与电位器RP1的第二电阻端共接后作为功率放大模块的信号输出端。
可选地，第四非极性电容C42的容值、第二极性电容EB01的容值、第一非极性电容CO4的容值、第一极性电容ECO2的容值、第二非极性电容CO5的容值分别为0.1μF、2200μF、0.1μF、10μF、0.1μF，第一电阻R01的阻值、第二电阻R02的阻值、第三电阻R03的阻值、第四电阻CB01的阻值、电位器RP1的最大阻值分别为200Ω、200Ω、2.5KΩ、1Ω、10KΩ。
在本发明实施例中，测试波形时，由于示波器在某一时刻只能显示两路波形，因此使用示波器测量其中两路AD9833芯片的输出信号，频率为10.0KHz，相位差分别为30°和90°，波形如图5和图6所示，从波形来看，两路信号波形稳定，读图可知，两路输出信号的相位差分别为30°和90°。频率差与相位差的对照表如表1所示。
表1频率差与相位差对照表
Figure BDA0002229000070000071
可以看出，利用三片AD9833芯片在STM单片机的控制下实现了三路多波形信号的输出，三路的输出频率和相位差都可以通过键盘电路的按键进行设定，频率误差小于1Hz，相位误差小于0.1°。
以上仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种基于AD9833芯片的三路多波形相位差可调的信号发生器，其特征在于，包括STM单片机，其输入侧耦接有键盘电路，其输出侧耦接有显示电路以及三片AD9833芯片；
所述STM单片机采用三个数据输出引脚分别与三片AD9833芯片的SDA引脚连接，采用三个时钟信号输出引脚分别与三片AD9833芯片的SCLK引脚连接，采用一个使能信号输出引脚同时与三片AD9833芯片的EN引脚连接；
各AD9833芯片的VCC引脚均接+5V电源，并通过第一非极性电容与COMP引脚连接；
各AD9833芯片的CAP引脚均连接有第一极性电容和第二非极性电容，第一极性电容的正极、第二非极性电容的一端均与AD9833芯片的CAP引脚连接，第一极性电容的负极、第二非极性电容的另一端共接后接地；
各AD9833芯片的MCLK引脚共接一个参考时钟源；
各AD9833芯片的OUT引脚均依次接滤波器和功率放大模块；
三个所述功率放大模块的信号输出端分别作为信号发生器的三个信号输出端，分别用于输出正弦波、三角波和方波；
所述键盘电路用于设定信号发生器的三个信号输出端的输出频率和相位差。
2.根据权利要求1所述基于AD9833芯片的三路多波形相位差可调的信号发生器，其特征在于，所述滤波器为容值为20pF的第三非极性电容，其一端接地，另一端同时与AD9833芯片的OUT引脚和功率放大模块的信号输入端连接。
3.根据权利要求2所述基于AD9833芯片的三路多波形相位差可调的信号发生器，其特征在于，所述功率放大模块包括第四非极性电容、第二极性电容、第一电阻、第二电阻、第三电阻、第四电阻、电位器、型号为OP284的高压放大器、型号为OPA549的功率放大芯片；
所述高压放大器的第2引脚作为所述功率放大模块的信号输入端，其第3引脚、第1引脚共接后与第二电阻的一端连接，其第8引脚接地，其第4引脚接5V电源以及第四非极性电容的一端，第四非极性电容的另一端与第一电阻的一端共接后接地；
所述功率放大芯片的第3引脚同时与第一电阻的另一端、电位器的第一电阻端、电位器的活动接确点连接，其第4引脚与第二电阻的另一端连接，其第7引脚和第6引脚共接后接地，其第10引脚接35V直流稳压电源，并与第二极性电容的正极连接，其第9引脚悬空，其第8引脚接第三电阻后接地，其第1引脚和第2引脚均与第四电阻的一端连接，第二极性电容的负极接地，第四电阻的另一端与电位器的第二电阻端共接后作为所述功率放大模块的信号输出端。
4.根据权利要求3所述基于AD9833芯片的三路多波形相位差可调的信号发生器，其特征在于，所述第四非极性电容的容值、所述第二极性电容的容值、所述第一非极性电容的容值、第一极性电容的容值、第二非极性电容的容值分别为0.1μF、2200μF、0.1μF、10μF、0.1μF，所述第一电阻的阻值、所述第二电阻的阻值、所述第三电阻的阻值、所述第四电阻的阻值、所述电位器的最大阻值分别为200Ω、200Ω、2.5KΩ、1Ω、10KΩ。
5.根据权利要求3所述基于AD9833芯片的三路多波形相位差可调的信号发生器，其特征在于，所述参考时钟源的频率为25MHZ。
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