基于AD9851的受控正弦信號發生器設計

摘 要：以TI公司超低功耗單片機(MSP430F420)，電流變送器(XTR105PA)，電流接收器(RCV420KP)及DDS芯片AD9851為主要器件，設計二線式電流型電阻變送器控制的正弦信號發生器，變送器可變電阻阻值范圍為1 000～2 000 Ω，對應輸出頻率為1 000～2 000 kHz的正弦信號，可用示波器顯示，阻值由LED顯示。

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關鍵詞：AD9851; 電流變送器XTR105; 電流接收器RCV420; MSP430; 受控正弦信號發生器

中圖分類號：TN741-34

文獻標識碼：A

文章編號：1004-373X(2012)01-0187-02

Design of controlled Sine signal generator based on AD9851

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MAO Qun

(Electronics and Information Department， Aba Teachers College， Chengdu 611741， China)

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Abstract：

Taking TI′s ultra-low power microcontroller (MSP430F420)， current transducer (XTR105PA)， current receivers (RCV420KP) and AD9851 DDS chip as main devices， a sine signal generator controlled by two-wire current-resistance transmitter was designed. The range of resistance varies from 1 000~2 000 Ω， the corresponded sine signal whose output frequency is 1 000~2 000 kHz， the sine signal can be shown through a oscilloscope and the resistance rate can be displayed through a LED.

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Keywords： AD9851； current transmitter TXR105； current receiver RCV420； MSP430； controlled sine signal generator

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收稿日期：2011-07-20

基金項目：阿壩師專規劃項目(ASB10-15)

0 引 言

現代電子產品對信號源的要求不斷提高，信號源必須滿足高精度、高速度、高分辨率且具備良好的可控可調性等要求[1]。研究了基于DDS(Direct Digital Synthesis，直接數字頻率合成)技術的可控信號發生器，以美國AD公司推出的DDS集成芯片AD9851為核心[2]，通過MSP430單片機控制，結合一種高精度信號調理電路(由電流接收器RCV420和電流變送器XTR105構成)，實現受控正弦信號發生器的設計。

1 系統設計

系統主要由可調變阻器，電流變送器，電流接收器，單片機，DDS及電源構成，系統結構圖如圖1所示。設計思路：當可調電阻在1 000～2 000 Ω之間變化時，經電流變送器后輸出相應4～20 mA的電流，經RCV420KP轉換為0～5 V電壓輸出信號，并將其處理到相應的0～1.2 V送單片機MSP430。由單片機處理后送LED顯示阻值，同時送出頻率控制字到DDS芯片AD9851，經AD9851輸出正弦信號。

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圖1 系統結構圖

2 模塊設計

2.1 二線式電流變送器

二線式電流變送器主要由芯片XTR105PA構成，實現由阻值1～2 kΩ轉換為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4～20 mA電流。

2.2 信號發生模塊

信號發生部分主要由電流接收器RCV420與信號發生器組成。RCV420實現4～20 mA電流線性地轉換為0～5 V電壓信號[1]，信號發生器主要由單片機及DDS芯片組成，單片機采集來自電流接收器RCV420的電壓信號，正弦信號由DDS芯片產生[3]，經低通濾波及OPA227PA放大后輸出，通過LED顯示正弦信號頻率。

2.2.1 電流接收器RCV420

電流接收器RCV420連接在XTR105的輸出端，此芯片實現將輸出4～20 mA的電流信號換為0～5 V電壓信號，通過串接4.7 kΩ和1 kΩ電阻，將0～5 V信號轉換為0～1.2 V的電壓信號送MSP430單片機，具體電路如圖3接收器電路所示。

圖2 變送器電路

圖3 接收器電路

2.2.2 單片機MSP430及DDS芯片AD9851[4]

MSP430單片機可直接接收模擬信號進行處理[5]，將電壓值轉換為相應的電阻值，送LED數碼顯示，此過程由軟件完成[6]，同時送出頻率控制字給AD9851，由AD9851輸出正弦信號[7]。AD9851包括相位寄存器、相位全加器、D/A轉換器，相位寄存器和相位全加器構成相位累加器[3]。其內部的控制字寄存器首先寄存來自外部頻率、相位控制字，相位累加器接收來自控制字寄存器的數據后決定最終輸出信號頻率和相位的范圍和精度，經過內部D/A轉換器后，所得到的就是最終的合成信號。如果頻率控制字為M，相位累加器的位數為N，系統外部參考時鐘頻率為30 MHz，AD9851具備6倍參考時鐘倍乘器使能功能，則經過內部6倍參考時鐘倍乘器后，可得到AD9851內部工作時鐘fc為180 MHz[8]，此時最終合成信號的頻率由公式fout=fc2N*M可得[3]。從可變電阻阻值到M的對應關系以

及輸出信號頻率的確定，整個過程由軟件完成。MSP430與AD9851接口如圖4所示。

圖4 MSP430與AD9851接口電路

3 結 語

設計中采用DDS技術，具有突出優點：頻率分辨率高；頻率切換速度快；相位噪聲低，信號純度高[9]；超寬的頻率范圍；能實現各種調制波和任意波形的產生；易于實現全數字化的設計等[2]。同時，16位MSP430單片機具有超低功耗、強大的處理能力、高性能模擬技術及豐富的片上外圍模塊、高效的開發環境及同步連接至模擬信號和數字組件的特性使系統工作穩定性好，硬件電路簡單化。

參 考 文 獻

［1］張維，石銘德，劉隆祉.一種高精度信號調理電路［J］.自動化儀表，2001，22(12):56-58.

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［2］姜田華.實現直接數字頻率合成器的三種技術方案［J］.電子技術應用，2004(3)：1-3.

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［3］郭勇，肖明清.DDS芯片AD9851及其應用［J］.電子技術，2001，28(2):55-56.

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［4］胡虎斌，胡仁杰.基于MSP430單片機和直接數字合成技術的信號發生器［J］.江蘇電器，2008(11):38-40.

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［5］沈建華，楊艷琴，翟驍曙．MSP430系列16位超低功耗單片機原理與應用［M］．北京：清華大學出版社，2004.

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［6］張晞，王德銀，張晟.MSP430系列單片機實用C語言程序設計［M］．北京：人民郵電出版社，2005.

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［7］陳永泰，劉雪燕.AD9851和AT89C51在信號源中的應用［J］.世界電子元器件，2004(7)：63-65.

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［8］Analog Devices Inc. CMOS 180 MHz complete DDS synthesizer AD9851［M］. [S.l.]: Analog Devices Inc.， 1997.

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［9］肖漢波.一種基于DDS芯片AD9850的信號源［J］.電訊技術，2003，43(2)：47-49.

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［10］黃雪梅，胡建生，魏功輝，等.DDS技術實現可調信號發生器［J］.現代電子技術，2008，31(9)：80-81.

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作者簡介：

毛 群 女，1982年出生，四川自貢人，講師。主要從事應用電子技術方向的教學和科研工作。