Схема DDS-генератора сигналов

Данный функциональный DDS-генератор сигналов собран на микроконтроллере AVR, обладает хорошей функциональностью и имеет амплитудный контроль.

Данный генератор базируется на алгоритме DDS-генератора Jesper, программа была модернизирована под AVR-GCC C со вставками кода на ассемблере. Прибор имеет два выходных сигнала: первый — DDS сигналы, второй — высокоскоростной (1–8МГц) «прямоугольный» выход, который может использоваться для оживления МК с неправильными фузами и для других целей.

Высокоскоростной сигнал HS (High Speed) берется напрямую с микроконтроллера Atmega16 OC1A (PD5). DDS-сигналы формируются с других выходов МК через резистивную R2R-матрицу и через микросхему LM358N, которая позволяет осуществить регулировку амплитуды (Amplitude) сигнала и смещение (Offset).

Смещение и амплитуда регулируются при помощи двух потенциометров. Смещение может регулироваться в диапазоне +5В…-5В, а амплитуда — 0–10В. Частота DDS-сигналов может регулироваться в пределах 0–65534 Гц, этого более чем достаточно для тестирования аудио-схем и других радиолюбительских задач.

Основные характеристики DDS-генератора сигналов и конструктивные особенности

простая схема с распространенными и недорогими радиоэлементами;
односторонняя печатная плата;
встроенный блок питания;
отдельный высокоскоростной выход (HS) до 8МГц;
DDS-сигналы с изменяемой амплитудой и смещением;
DDS-сигналы: синус, прямоугольник, пила и реверсивная пила, треугольник, ЭКГ-сигнал и сигнал шума;
2х16 LCD экран;
интуитивная 5-ти кнопочная клавиатура;
шаги для регулировки частоты: 1, 10, 100, 1000, 10000 Гц;
запоминание последнего состояния после включения питания.

На представленной ниже блок-схеме приведена логическая структура функционального генератора:

Как вы можете видеть, устройство требует наличия нескольких питающих напряжений: +5В, -12В, +12В. Напряжения +12В и -12В используются для регулирования амплитуды сигнала и смещения. Блок питания сконструирован с использованием трансформатора и нескольких микросхем стабилизаторов напряжения:

Блок питания собран на отдельной плате:

Если самому собирать блок питания нет желания, то можно использовать обычный ATX БП от компьютера, где уже присутствуют все необходимые напряжения.

Смотрите также схему измерителя емкости конденсаторов

Все действия отображаются через LCD-экранчик. Управление генератором осуществляется пятью клавишами.

Клавиши вверх/вниз используются для перемещения по меню, клавиши влево/вправо — для изменения значения частоты. Когда центральная клавиша нажата, начинается генерирование выбранного сигнала. Повторное нажатие клавиши останавливает генератор.

Система меню генератора:

Для установки шага изменения частоты предусмотрено отдельное значение. Это удобно, если вам необходимо менять частоту в широких пределах. Генератор шума не имеет каких-либо настроек. Для него используется обычная функция rand(). Высокоскоростной выход HS имеет 4 режима частоты: 1, 2, 4 и 8 МГц.

Смотрите также, как сделать пробник напряжения

DDS-генератор сигналов — схема, плата, радиоэлементы

Схема функционального генератора простая и содержит легкодоступные элементы.

Что касается списка необходимых радиоэлементов для БП:

3 линейных регулятора — LM7805, LM7812 и LM7912.
Диодный мост (B1).
5 электролитических конденсаторов — C1, C7 (2х2000 мкФ) и C3, C5, C9 (3х100 мкФ).
3 конденсатор (C4, C6, C10) — 0.1 мкФ.
Трансформатор (TR1) — 220В — 2×15В.
Плавкий предохранитель (F1).
Переключатель (S1) — 220В.
2 разъём (X1 и JP1) — Сеть 220В и 4 контакта (Выход БП) соответственно.

Список радиоэлементов для основной платы:

МК AVR 8-бит (IC1) — ATmega16.
Операционный усилитель (IC2) — LM358N (КР1040УД1).
4 конденсатора — C2, C3 (2х0.1 мкФ) и C6, C7 (2х18 пФ).
13 резисторов — R1 (500 Ом); R2, R6, R8, R10, R12, R14, R16, R18 (10 кОм); R3, R21 (100 кОм); R20 (100 Ом); R22 (12 кОм).
3 подстроечных резистора POT (10 кОм), POT1 (1 кОм) и POT2 (47 кОм).
LCD-дисплей — HD44780 2×16.
Кварц (Q1) — 16 МГц.
6 кнопок (BUTTONS, RESET).
3 разъёма — HS, DDS (2 контакта, BNC); ISP (PLD-6, Разъём ISP); JP1 (4 контакта, разъём питания).

Плата:

Функциональный генератор собран в пластиковом боксе:

Тестовый запуск:

Программное обеспечение DDS-генератора сигналов

Как уже говорилось выше, в основе своей программы использован алгоритм DDS-генератора Jesper. Было добавлено несколько строчек кода на ассемблере для реализации остановки генерирования. Теперь алгоритм содержит 10 ЦПУ циклов, вместо 9.

void static inline Signal_OUT(const uint8_t *signal, uint8_t ad2, uint8_t ad1, uint8_t ad0){
asm volatile( «eor r18, r18 ;r18<-0? «nt»
«eor r19, r19 ;r19<-0? «nt»
«1:» «nt»
«add r18, %0 ;1 cycle» «nt»
«adc r19, %1 ;1 cycle» «nt»
«adc %A3, %2 ;1 cycle» «nt»
«lpm ;3 cycles» «nt»
«out %4, __tmp_reg__ ;1 cycle» «nt»
«sbis %5, 2 ;1 cycle if no skip» «nt»
«rjmp 1b ;2 cycles. Total 10 cycles» «nt»
:
:»r» (ad0),»r» (ad1),»r» (ad2),»e» (signal),»I» (_SFR_IO_ADDR(PORTA)), «I» (_SFR_IO_ADDR(SPCR))
:»r18?, «r19?
);}

Таблица форм DDS-сигналов размещена во флэш памяти МК, адрес которой начинается с 0xXX00. Эти секции определены в makefile, в соответствующих местах в памяти:

#Define sections where to store signal tables
LDFLAGS += -Wl,-section-start=.MySection1=0x3A00
LDFLAGS += -Wl,-section-start=.MySection2=0x3B00
LDFLAGS += -Wl,-section-start=.MySection3=0x3C00
LDFLAGS += -Wl,-section-start=.MySection4=0x3D00
LDFLAGS += -Wl,-section-start=.MySection5=0x3E00
LDFLAGS += -Wl,-section-start=.MySection6=0x3F00

Библиотеку для работы с LCD, а также последнюю версию ПО, файлы EagleCAD и Proteus можно скачать ниже.

Файлы для скачивания: dds-generator.rar

Тестирование DDS-генератора сигналов

Генератор был протестирован с осциллографом и частотомером. Все сигналы хорошо генерируются во всем диапазоне частот (1–65535 Гц). Регулирование амплитуды и смещения работает нормально.