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低频信号发生器的设计摘 要：直接数字合成(DDS)是一种重要的频率合成技术，具有分辨率高、频率变换快优点，在雷达及通信等领域有着广泛的应用前景。文中介绍了一种高性能DDS芯片AD9850的基本原理和工作特点，阐述了如何利用此芯片设计一种频率在0—50kHz内变化、相位正交的信号源，给出了AD9850芯片和MCS51单片机的硬件接口和软件流程。关键词：直接数字频率合成 信号源 AD9850芯片概述：随着数字技术的飞速发展，高精度大动态范围数字／模拟(D，A)转换器的出现和广泛应用，用数字控制方法从一个标准参考频率源产生多个频率信号的技术，即直接数字合成(DDS)异军突起。其主要优点有：(1)频率转换快：DDS频率转换时间短，一般在纳秒级；(2)分辨率高：大多数DDS可提供的频率分辨率在1 Hz数量级，许多可达0．001 Hz；(3)频率合成范围宽；(4)相位噪声低，信号纯度高；(5)可控制相位：DDS可方便地控制输出信号的相位，在频率变换时也能保持相位联系；(6)生成的正弦／余弦信号正交特性好等。因此，利用DDS技术特别容易产生频率快速转换、分辨率高、相位可控的信号，这在电子测量、雷达系统、调频通信、电子对抗等领域具有十分广泛的应用前景。 低频信号发生器的组成 图7为低频信号发生器组成框图。它主要包括主振器、电压放大器、输出衰减器、功率放大器、阻抗变换器和指示电压表等。（1）主振器RC文氏桥式振荡器具有输出波形失真小、振幅稳定、频率调节方便和频率可调范围宽等特点，故被普遍应用于低频信号发生器主振器中。主振器产生与低频信号发生器频率一致的低频正弦信号。文氏桥式振荡器每个波段的频率覆盖系数（即最高频率与最低频率之比）为10，因此，要覆盖1Hz～1MHz的频率范围，至少需要五个波段。为了在不分波段的情况下得到很宽的频率覆盖范围，有时采用差频式低频振荡器，图8为其组成框图。假设f2=4MHz，f1可调范围为3997MHz～1MHz，则振荡器输出差频信号频率范围为300Hz （4MHz-3997MHz）～7MHz（1 MHz-4 MHz）。 差频式振荡器的缺点是对两个振荡器的频率稳定性要求很高，两个振荡器应远离整流管、功率管等发热元件，彼此分开，并良好屏蔽。（2）电压放大器电压放大器兼有缓冲与电压放大的作用。缓冲是为了使后级电路不影响主振器的工作，一般采用射极跟随器或运放组成的电压跟随器。放大是为了使信号发生器的输出电压达到预定技术指标。为了使主振输出调节电位器的阻值变化不影响电压放大倍数，要求电压放大器的输入阻抗较高。为了在调节输出衰减器时，不影响电压放大器，要求电压放大器的输出阻抗低，有一定的带负载能力。为了适应信号发生器宽频带等的要求，电压放大器应具有宽的频带、小的谐波失真和稳定的工作性能。（3）输出衰减器输出衰减器用于改变信号发生器的输出电压或功率，分为连续调节和步进调节。连续调节由电位器实现，步进调节由步进衰减器实现。图9为常用输出衰减器原理图，图中电位器RP为连续调节器（细调），电阻R1～R8与开关S构成步进衰减器，开关S为步进调节器（粗调）。调节RP或变换开关S的挡（4） 功率放大器及阻抗变换器功率放大器用来对衰减器输出的电压信号进行功率放大，使信号发生器达到额定功率输出。为了能实现与不同负载匹配，功率放大器之后与阻抗变换器相接，这样可以得到失真小的波形和最大的功率输出。阻抗变换器只有在要求功率输出时才使用，电压输出时只需衰减器。阻抗变换器即匹配输出变压器，输出频率为5Hz～5kHz时使用低频匹配变压器，以减少低频损耗，输出频率为5kHz～1MHz时使用高频匹配变压器。输出阻抗利用波段开关改变输出变压器次级圈数来改变。 工作原理及结构函数信号发生器产生信号的方法有三种：一种是由施密特电路产生方波，然后经变换得到三角波和正弦波形；第二种是先产生正弦波再得到方波和三角波；第三种是先产生三角波再变换为方波和正弦波。在此主要介绍第一种方法，即脉冲式函数信号发生器 低频信号发生器的主要工作特性目前，低频信号发生器的主要工作特性如下：①频率范围 一般为20Hz～1MHz，且连续可调。②频率准确度 ±（1～3）%。③频率稳定度 一般为（1～4）%/小时。④输出电压 0～10V连续可调。⑤输出功率 5～5W连续可调。⑥非线性失真范围 （1～1）%。⑦输出阻抗 50Ω、75Ω、150Ω、600Ω、5kΩ等几种。⑧输出形式 平衡输出与不平衡输出。 低频信号发生器的使用低频信号发生器型号很多，但它们的使用方法基本类似（1）了解面板结构使用仪器之前，应结合面板文字符号及技术说明书对各开关旋钮的功能及使用方法进行耐心细致的分析了解，切忌盲目猜测。信号发生器面板上有关部分通常按其功能分区布置，一般包括：波形选择开关、输出频率调谐部分（包括波段、粗调、微调等）、幅度调节旋钮（包括粗调、细调）、阻抗变换开关、指示电压表及其量程选择、电源开关及电源指示、输出接线柱等。 AD9850 芯片介绍 AD9850是AD公司生产的最高时钟为125 MHz、采用先进的CMOS技术的直接频率合成器，主要由可编程DDS系统、高性能模数变换器(DAC)和高速比较器3部分构成，能实现全数字编程控制的频率合成，并具有时钟产生功能。AD9850的DDS系统包括相位累加器和正弦查找表，其中相位累加器由一个加法器和一个32位相位寄存器组成，相位寄存器的输出与外部相位控制字(5位)相加后作为正弦查找表的地址。正弦查找表实际上是一个相位／幅度转换表，它包含一个正弦波周期的数字幅度信息，每一个地址对应正弦波中0。一360。范围的一个相位点。查找表把输入地址的相位信息映射成正弦波幅度信号，然后驱动10bit的DA变换器，输出2个互补的电流，其幅度可通过外接电阻进行调节。AD9850还包括—个高速比较器，将DA变换器的输出经外部低通滤波器后接到此比较器上即可产生一个抖动很小的方波，这使得AD9850可以方便地用作时钟发生器。AD9850包含40位频率／相位控制字，可通过并行或串行方式送人器件：并行方式指连续输入5次，每次同时输入8位(1个字节)；串行方式则是在—个管脚完成40位串行数据流的输入。这40位控制字中有32位用于频率控制，5位用于相位控制，1位用于掉电(powerdown)控制，2位用于选择工作方式。在并行输入方式下，通过8位总线D0一D7将外部控制字输入到寄存器，在W—CLK(字输入时钟)的上升沿装入第一个字节，并把指针指向下一个输入寄存器，连续5个W—CLK的上升沿读入5个字节数据到输入寄存器后，W—CLK的边沿就不再起作用。然后在rQ—UD(频率更新时钟)上升沿到来时将这40位数据从输入寄存器装入到频率／相位寄存器，这时DDS输出频率和相位更新一次，同时把地址指针复位到第一个输入寄存器以等待下一次的频率／相位控制字输入。6 硬件设计要产生两路相位正交、频率可由外部控制的正弦信号，必须通过单片机编程来完成外部输入的频率数据(3个字节)与DDS38芯片(AD9850)内部频率相位控制字(5个字节)间的转换。单片机8051与AD9850芯片的接口既可采用并行方式，也可采用串行方式，本设计采用的是8位并行接口方式。由于需要产生VQ两路正弦信号，因此使用了2片AD9850芯片，这两路的频率相同，相位差90。。单片机8051的P1口(P1．0一P1．7脚)用作外部控制字输入，通过中断1和中断0读入外部频率数据，连续读3次，对应频率值的二进制数；单片机的P0口(P0．0一P0．7脚)用作频率／相位控制字输出，通过8位缓冲器74LS244作数据缓冲后加到2片AD9850芯片的8位控制字输入端(DO—D7脚)，同时产生相应的DDS时序控制信号(一路复位reset1、二路复位reset2、一路字输入时钟W1、二路字输入时钟W2、一路频率更新时钟FU1、二路频率更新时钟FU2)加到AD9850芯片的对应管脚。AD9850的外部参考时钟信号(dk4Om)频率为40 MHz，由晶体振荡器产生。单片机8051的复位信号(reset)、中断0和中断1控制信号(intO、int1)由外部控制系统给出，从而实现两路相位正交、频率可控的正弦信号。该DDS信号源的硬件接口电路如图1所 图1 DDS信号源硬件接口电路 软件控制此程序的功能就是要将外部输入的频率数据按照一定协议和算法变换成DDS芯片(AD9850)所能接受的格式，并送出相应的频率相位控制信号，从而使AD9850能产生两路相位正交、频率可控的正弦信号。下面给出程序设计输入、输出、变换算法。(1) 输入数据同步：上升沿时读人1个字节的频率数据，作为intl中断输入；数据写入：上升沿时频率更新1次，作为intO中断输入；8位数据：输入的频率字节。分3次输入，如图2所示。 (2)输出单片机控制程序将产生下述输出信号加到DDS芯片(AD9850)的对应脚：reset1：一路DDS复位(一路AD9850第22脚)；reset7．：二路DDS复位(-路AD9850第22脚)；w1：一路数据同步(一路AD9850第7脚)；w2：二路数据同步(二路AD9850第7脚)；ful：一路数据写入(一路AD9850第8脚)；fu2：二路数据写入(二路AD9850第8脚)；P0口(P0．0一P0．7)：8位频率／相位数据输出(AD9850的DO—D7脚)。(3)算法：程序中单片机输入频率数据F(3个字节)与输出频率数据△P(4个字节)间的变换算法见式(2) 其中CLKIN为外部参考时钟(40 M Hz)。(4)程序流程：整个程序由主程序、中断0子程序、中断1子程序三部分构成。流程图略。8 结论对设计的信号源在不同频率下的输出波形进行了测试，结果完全能达到所要求的性能指标。而且AD9850工作可靠，对参考时钟波形要求不高，输出信号稳定且信噪比高，是一种性价比很高的芯片，正广泛应用于电子测量、跳频通信、雷达系统等领域。9 致谢通过对低频信号发生器的设计，我深刻认识到了“理论联系实际”的这句话的重要性与真实性。而且通过对此课程的设计，我不但知道了以前不知道的理论知识，而且也巩固了以前知道的知识。最重要的是在实践中理解了书本上的知识，明白了学以致用的真谛。也明白老师为什么要求我们做好这个课程设计的原因。他是为了教会我们如何运用所学的知识去解决实际的问题，提高我们的动手能力。在整个设计到电路的焊接以及调试过程中，我个人感觉调试部分是最难的，因为你理论计算的值在实际当中并不一定是最佳参数，我们必须通过观察效果来改变参数的数值以期达到最好。而参数的调试是一个经验的积累过程，没有经验是不可能在短时间内将其完成的，而这个可能也是老师要求我们加以提高的一个重要方面吧参考文献：【1】高卫东．等．AD9850 DDS芯片信号源的研制【J】．实验室研究与探索，2000，(5)．【2】石雄．等．DDS芯片AD9850的工作原理及其与单片机的接口【J】．国外电子元器件，2001。(5)．(上 
在提倡经济建设与文化建设协同发展的大环境下，美丽乡村建设有效推动了农村经济结构的调整，加快了农村经济转型升级，促进了农村经济的发展。将生态景观融入美丽乡村的建设，是实现美丽乡村建设可持续发展的关键。生态景观建设致力于利用现有的设施和区域，加入生态元素和绿色基础设施，提高生态景观的服务功能。生态景观建设的内涵0 1绿色基础设施绿色基础设施是一个区域的生命支撑体系，是自然环境和位于村镇内外，由绿色、蓝色空间所构成的网络。它提供了多种社会、经济和环境效益。绿色基础设施是由公园、河流、行道树、农田、森林、广场和湿地等构成的网络，能够调节空气、改善水土质量，为经济发展提供原材料和投资环境，促使人们身心舒畅。0 2生态系统服务生态系统服务是指人类从生态系统获得的所有益处，包括生物多样性保护、调节气候和水、净化环境、有害生物的控制等许多方面。乡村生态系统的服务功能同时也赋予了乡村对城市的多功能性。其包括了景观的价值，但引入景观概念强调了不同生态系统的相互影响，在相互作用的过程中总是会产生一些新的特性，提高乡村景观的多功能。在项目实践中，应从生产性土地尺度提升到乡村景观镶嵌体尺度，不仅要搞好生态系统的合理布局和优化，通过合理的物种循环和能量转换提高资源利用率及减少环境污染，还应重视农业景观层次上的山水林田路形成的景观格局以及水土与生物等生态过程的恢复及重建，提高农村生态系统的稳定性，提升生态景观价值。0 3生物多样性保护生物多样性是指包括动物、植物、微生物在基因、物种、生态系统和景观等不同组件层次上的变异性和多样性，包括遗传多样性、物种多样性、生态系统多样性和景观多样性4个层次。生物多样性是评价生态系统健康、生态服务功能、景观观赏性的重要指标，也是评价生态环境、人居环境质量的重要指标，它应成为乡村生产和生活基础设施建设工程质量和长远效益的重要指标。乡村建设应重视生活生境的修复，建立富含生物的工程系统，也应该从加强农业景观生物多样性保护方面恢复和提升农田生态系统服务功能。农业景观生物的多样性保护0 1构建多样性、空间异质性景观研究表明，增加景观异质性有助于提升乡村景观的生态系统服务功能及其永续性。增添树林、自然灌木篱、河岸缓冲带、绿道和公园等景观有助于提升景观异质性，并改善景观基质的质量，维护生物多样性的水平。因此，在景观尺度上，应充分考虑自然、半自然及人工土地利用的分布格局，分析现有景观要素及相互之间的空间、实践联系或障碍，然后提出优化方案，充分利用现有的绿篱、湿地、林地、池塘等景观斑块，合理规划农田、林地、村落的分布，在现有景观格局的基础上，加宽景观元素间的连接廊道，引入新的景观斑块，增加景观的多样性和异质性，为多种生物创造适宜的生存条件，进而达到生态系统的持续发展。0 2保持和提高自然、半自然的生境在高度集约化农业生产区乡村生态景观建设中，不仅要求生产效益，也要因地制宜，充分利用现有的农田林网、田中林地及农田边界带增加高自然价值的生态斑块的比例，追求生态效益。例如在田间地头通过种植豆科植物或设置缓冲带等，为害虫天敌提供良好的栖息地，对保护生物多样性具有重要意义。0 3提高农田生物多样性、防止集约化生产乡村农田不能单一强调规模作业，应结合土壤质地、肥力、水利、光照等环境条件和农作物生长特性，因地制宜合理分配，开展轮作、间作混种等多种模式，一方面了解自然资源，另一方面增加景观的多样性。例如在传统果园中培植苜蓿等豆科植物，不仅抑制害虫，改善了果园小气候、增加了产量，同时也为土壤动物提供了良好的栖息环境。0 4保护生物廊道、提高景观功能的连接度从景观生态学角度看，一个重要的方面就是讨论空间异质性管理和维护，辨识景观的结构连续性和功能连接性，保护防护林带、河流等生物廊道，提高景观功能的连接度。就农业景观生物多样性保护看，大多数据研究表明，通过田地尺度上降低化学药品的投放、采用轮作和保护性耕作，景观尺度上管理和建设农田边界、沟渠路缓冲带、植物绿廊、缓冲带和小片林地，增加自然和半自然景观要素面积，可以有效提高景观空间异质性，提高农业景观生物多样性。乡村水系生态景观建设0 1保持原有河流形态和生态系统依形就势，遵循自然。尊重原有自然河道，尽量减少人为改造，保护自然水道。以保持天然河岸蜿蜒柔顺的岸线特点，保持河道的形状和形态的自由性，保持水的循环性和自动调节功能。在满足河道、提防安全的前提下，研究分析河道特性、水温条件、河滩结构和绿化功能的需要，确定河流宽度、横面设计、缓冲带建设和绿化植物配置方式等。0 2生态优先设计河溪护岸要尽量保持原有生态系统的结构和功能，特别是河岸带原有植被廊道的保护，并根据情况进行适当的修复和整治。规划设计应贯彻自然生态优先的原则，保护河溪及两侧生物多样性，尽量采用滨水区自然植物群落的生长结构，增加植物的多样性，建立多层次、多样复杂的植物群落，发挥植物的生态效益，提高自我维护、更新和发展的能力。0 3提高河岸抗洪能力生态优先设计。在水流比较急、河岸侵蚀较强烈的地区可采用石头、混凝土护岸，将工程和生物技术相结合，综合提升河道生态景观服务功能。在植被选择上，尽量选择乡土植物，特别具有柔性茎、深根可固定河岸的植物，还可以加固土壤。0 4突显高滨水带文化特征尊重地域历史和文化发展的过程，结合当地文化传统、风土人情，构建滨水区的特色地域景观，提高景观的历史与地方文化的内涵，使滨水地带成为自然与文化、历史与现代的和谐共生空间。乡村植被生态景观建设不同类型地带的生态植被建设工程是实现景观尺度上规划与设计的基础。因此，应该充分利用草被植物、绿篱植物和乔、灌、木等乡土植物开展植被工程建设，针对不同的地域及地段条件、功能定位，结合景观整体规划与设计，应用具体生态植被营建模式满足特定功能。主要的生态植被工程有农田防护林、山地和丘陵水土保持林、田埂地带、村庄及其沿河地带、绿色开放空间等。乡土植物景观从安全性来看，具有体验性和亲和感；从景观美学来看，能够呈现独特的田园风光；从生态角度来看，多种生物与自然和谐共生；从社会文化角度看，与周边环境相协调；从精神角度看，使人们感受到乡土性，记得住乡愁。
