使用arduino和ad9833 DDS函数生成器模块构建自己的函数生成器

如果您是像我这样的电子发烧友，并且想要调整不同的电子电路，那么有时必须配备一个体面的函数发生器。但是拥有一个是一个问题，因为这样的基本设备可能会花费一笔巨款。建立自己的测试设备不仅更便宜，而且是提高知识水平的好方法。

因此，在本文中，我们将使用Arduino 和AD9833 DDS函数发生器模块构建一个简单的信号发生器，该信号发生器可以在输出端产生最大12 MHz的正弦波，方波和三角波。最后，我们将在示波器的帮助下测试输出频率。

以前，我们已经在基本模拟电路的帮助下构建了一个简单的正弦波发生器，一个方波发生器和一个三角波发生器。如果您正在寻找一些基本的波形发生器电路，则可以检查一下。另外，如果您想在不使用AD9833模块的情况下构建更便宜的Arduino函数发生器，则可以查看DIY Arduino波形发生器项目。

什么是DDS函数发生器？

顾名思义，函数发生器是一种可以在设置时以特定频率输出特定波形的设备。例如，假设您有一个LC滤波器要测试其输出频率响应，则可以在函数发生器的帮助下轻松地做到这一点。您所需要做的就是设置所需的输出频率和波形，然后可以上下摇动它以测试响应。这只是一个示例，随着列表的进行，您可以使用它做更多的事情。

DDS代表直接数字合成。它是一种波形发生器，它使用数模转换器（DAC）从零开始构建信号。此方法专门用于生成正弦波。但是我们使用的IC可以产生方波或三角波信号。DDS芯片内部发生的操作是数字操作，因此它可以非常快速地切换频率，也可以非常快速地从一个信号切换到另一个信号。该设备具有良好的频率分辨率和宽频谱范围。

了解功能生成器IC AD9833的工作原理

我们项目的核心是由模拟器件设计和开发的AD9833可编程波形发生器IC。它是一款低功耗可编程波形发生器，能够产生最大12 MHz的正弦波，三角波和方波。这是一个非常独特的IC，仅通过一个软件程序就可以改变输出频率和相位。它具有3线SPI接口，因此与该IC的通信变得非常简单容易。该IC的功能框图如下所示。

该IC的工作非常简单。如果我们看一下上面的功能框图，我们会发现我们有一个相位累加器，它的工作是存储从0到2π的正弦波的所有可能数字值。接下来，我们有SIN ROM，其作用是将相位信息转换为以后可以直接映射为幅度的信号。 SIN ROM使用数字相位信息作为查找表的地址，并将相位信息转换为幅度。最后，我们有一个10位数模转换器，其作用是从SIN ROM接收数字数据并将其转换为相应的模拟电压，这就是我们从输出中获得的电压。在输出处，我们还有一个开关，只需少量软件代码即可打开或关闭。我们将在本文后面讨论。您在上面看到的详细信息是IC内部发生情况的精简版本，您在上面看到的大多数详细信息摘自AD9833数据手册，您也可以查看它以获得更多信息。

构建基于AD9833的函数发生器所需的组件

下面列出了构建基于AD9833的函数发生器所需的组件，我们使用非常通用的组件设计了该电路，这使得复制过程非常容易。

Arduino纳米-1
AD9833 DDS函数发生器-1
128 X 64 OLED显示屏-1
通用旋转编码器-1
直流桶式千斤顶-1
LM7809稳压器-1
470uF电容器-1
220uF电容器-1
104pF电容器-1
10K电阻器-6
触觉开关-4
螺丝端子5.04mm-1
女头-1
12V电源-1

基于AD9833的函数发生器-原理图

AD9833和基于Arduino的函数发生器的完整电路图如下所示。

我们将结合使用AD9833和Arduino生成所需的频率。在本节中，我们将在原理图的帮助下解释所有细节。让我给您简要介绍一下电路的状况。让我们从AD9833模块开始。 AD9833模块是函数发生器模块，根据原理图与Arduino连接。为了给电路供电，我们使用了带有适当去耦电容器的LM7809稳压器IC，这是必要的，因为电源噪声会干扰输出信号，从而导致不良的输出。与往常一样，Arduino是该项目的大脑。为了显示设定的频率和其他有价值的信息，我们连接了一个128 X 64 OLED显示模块。为了改变频率范围，我们使用了三个开关。第一个将频率设置为Hz，第二个将输出频率设置为KHz，第三个将频率设置为MHz，我们还有另一个按钮可用于启用或禁用输出。最后，我们有旋转编码器，并且必须附加一些上拉电阻，否则这些开关将无法工作，因为我们正在检查池化方法上的按钮按下事件。旋转编码器用于更改频率，旋转编码器内部的触觉开关用于选择设置的波形。

基于AD9833的函数发生器-Arduino代码

该项目中使用的完整代码可以在页面底部找到。添加所需的头文件和源文件后，您应该能够直接编译Arduino文件。您可以从下面给出的链接下载ad9833 Arduino库和其他库，也可以使用板管理器方法安装该库。

下载Bill Williams的AD9833库
下载Adafruit的SSD1306 OLED库
下载Adafruit GFX库

ino 中的代码说明。文件如下。首先，我们首先包含所有必需的库。首先是AD9833 DDS模块的库，然后是OLED的库，我们的某些计算需要数学库。

#include // AD9833模块的库#include // OLED #include的电线库// OLED #include的支持库// OLED库#include //数学库

接下来，我们为按钮，开关，旋转编码器和OLED定义所有必需的输入和输出引脚。

#define SCREEN_WIDATA_PINH 128 // OLED显示宽度以像素为单位#define SCREEN_HEIGHT 64 // OLED显示高度以像素为单位#define SET_FREQUENCY_HZ A2 //按钮以Hz设置频率#define SET_FREQUENCY_KHZ A3 //按钮以Khz设置频率#define SET_FREQUENC A6 //设置频率（Mhz）的按钮#define ENABLE_DISABLE_OUTPUT_PIN A7 //启用/禁用输出的按钮#define FNC_PIN 4 // AD9833模块所需的Fsync #define CLK_PIN 8 //编码器的时钟引脚#define DATA_PIN 7 / /编码器的数据引脚#define BTN_PIN 9 //编码器上的内部按钮

此后，我们定义此代码中所需的所有必需变量。首先，我们定义一个整数变量计数器，该计数器将存储旋转编码器值。接下来的两个变量clockPin和clockPinState存储了解编码器方向所需的引脚状态。我们有一个时间变量，用于保存当前的计时器值，该变量用于按键去抖。接下来，我们有一个无符号的长变量moduleFrequency，它保存将要应用的计算出的频率。接下来，我们有去抖动延迟。可以根据需要调整此延迟。接下来，我们有三个布尔变量set_frequency_hz，set_frequency_Khz和 set_frequency_Mhz 这三个变量用于确定模块的当前设置。我们将在本文后面详细讨论它。接下来，我们有一个变量来存储输出波形的状态，默认输出波形是正弦波。最后，我们有编码器_btn_count变量，该变量保存用于设置输出波形的编码器按钮计数。

整数计数器= 1; //如果将旋转编码器设置为int clockPin，则此Counter值将增加或减少； //旋转编码器使用的引脚状态占位符int clockPinState; //旋转编码器使用的引脚状态占位符，无符号长时= 0; //用于消除未签名的long moduleFrequency; //用于设置输出频率长反跳= 220; //防抖延迟bool btn_state; //用于启用AD98333模块的禁用输出bool set_frequency_hz = 1; // AD9833模块的默认频率布尔值set_frequency_khz; bool set_frequency_mhz;字符串waveSelect =“ SIN”; //模块的启动波形int encoder_btn_count = 0; //用于检查是否按下编码器按钮下一步，我们有两个对象，一个用于OLED显示屏，另一个用于AD9833模块。Adafruit_SSD1306显示（SCREEN_WIDATA_PINH，SCREEN_HEIGHT，&Wire，-1）; AD9833 gen（FNC_PIN）;

接下来，我们有了setup（）函数，在该设置函数中，我们首先启用串行调试功能。我们借助begin（）方法初始化AD9833模块。接下来，我们将所有分配的旋转编码器引脚设置为输入。并且我们将时钟引脚的值存储在clockPinState变量中，这是旋转编码器的必要步骤。

接下来，我们将所有按钮引脚设置为输入，并借助 display.begin（）方法启用OLED显示，并且还使用 if语句检查是否有任何错误。完成后，我们清除显示并打印启动初始屏幕，添加2秒的延迟，这也是初始屏幕的延迟，最后，我们调用update_display（）函数来清除屏幕并更新再次显示。 update_display（）方法的详细信息将在本文后面讨论。

void setup（）{Serial.begin（9600）; //启用串行@ 9600波特gen.Begin（）; //这必须是声明AD9833对象pinMode（CLK_PIN，INPUT）;之后的第一个命令。 //将Pins设置为输入pinMode（DATA_PIN，INPUT）; pinMode（BTN_PIN，INPUT_PULLUP）; clockPinState = digitalRead（CLK_PIN）; pinMode（SET_FREQUENCY_HZ，INPUT）; //将引脚设置为输入pinMode（SET_FREQUENCY_KHZ，INPUT）; pinMode（SET_FREQUENCY_MHZ，输入）; pinMode（ENABLE_DISABLE_OUTPUT_PIN，INPUT）; if（！display.begin（SSD1306_SWITCHCAPVCC，0x3C））{// 128x64 Serial.println（F（“ SSD1306分配失败”））的地址0x3D为（;;）; } display.clearDisplay（）; //清除屏幕display.setTextSize（2）; //设置文字大小display.setTextColor（WHITE）; //设置LCD彩色显示器。setCursor（30，0）; //设置光标位置display.println（“ AD9833”）; //打印此文本显示。setCursor（17，20）; //设置光标位置display.println（“ Function”）; //打印此文本display.setCursor（13，40）; //设置光标位置display.println（“ Generator”）; //打印此文本display.display（）; //更新显示延迟（2000）; //延迟2秒SEC update_display（）; //调用update_display函数}

接下来，我们有了loop（）函数，所有主要功能都写在loop部分中。

首先，我们读取旋转编码器的Clock引脚，并将其存储在我们之前声明的clockPin变量中。接下来，在 if 语句中，我们检查该引脚的先前值和该引脚的当前值是否相似，并且还检查该引脚的当前值。如果都为真，则检查数据引脚，如果为真，则表示编码器正在逆时针旋转，并借助counter--命令减小计数器值。否则，我们用counter ++命令增加计数器的值。最后，我们把另外，如果语句设置最小值为1。接下来，我们更新了clockPinState当前clockPin将来使用的价值。

void loop（）{clockPin = digitalRead（CLK_PIN）; if（clockPin！= clockPinState && clockPin == 1）{if（digitalRead（DATA_PIN）！= clockPin）{计数器-; }否则{计数器++; //编码器正在旋转CW，因此应递增}如果（counter <1）counter = 1; Serial.println（counter）; update_display（）; }

接下来，我们有用于检测按钮按下的代码。在本节中，我们借助一些嵌套的if语句if（digitalRead（BTN_PIN）== LOW && millis（）-time> denounce），检测到编码器内部的按钮，在此语句中，我们首先检查按钮是否引脚是否为低电平，如果为低电平，则按下。然后，再次使用去抖延迟检查计时器值，如果两个语句都为真，则如果成功，则将其声明为成功的按钮按下操作，如果这样我们就增加了encoder_btn_count值。接下来，我们声明另一个if语句以将最大计数器值设置为2，我们需要它，因为我们使用它来设置输出波形。连续的三个if语句执行该操作，如果该值为零，则选择正弦波形；如果为1，则为方波；如果值为2，则为三角波。在所有这三个if语句中，我们使用update_display（） 函数更新显示。最后，我们使用当前计时器计数器值更新时间变量。

///如果检测到LOW信号，则如果（digitalRead（BTN_PIN）== LOW && millis（）-time> debounce）{ //如果（encoder_btn_count> 2）则增加值// //如果值大于2，则将其重置为0 {coder_btn_count = 0; } if（encoder_btn_count == 0）{//如果值为0，则选择正弦波waveSelect =“ SIN”; //使用sin值更新字符串变量update_display（）; // //更新显示} if（encoder_btn_count == 1）{//如果选择的值为1方波waveSelect =“ SQR”; //使用SQR值update_display（）更新字符串变量。 // //更新显示} if（encoder_btn_count == 2）{//如果值为1，则选择Triangular wave waveSelect =“ TRI”; //使用TRI值更新字符串变量update_display（）;//更新显示内容} time = millis（）; //更新时间变量}

接下来，我们定义设置所有具有反跳延迟的按钮所需的所有必要代码。当按钮连接到Arduino的模拟引脚时，如果模拟读取值达到30以下，我们将使用模拟读取命令来识别按钮按下，然后我们检测到按钮按下成功，然后等待200 ms检查它是实际按下按钮还是仅发出噪音。如果此语句为真，则为布尔变量分配用于设置函数发生器的Hz，Khz和Mhz值的值。接下来，我们更新显示并更新时间变量。我们对与Arduino连接的所有四个按钮执行此操作。

if（analogRead（SET_FREQUENCY_HZ）<30 && millis（）-时间>去抖动）{set_frequency_hz = 1; //更新布尔值set_frequency_khz = 0; set_frequency_mhz = 0; update_display（）; //更新显示时间= millis（）; //更新时间变量} if（analogRead（SET_FREQUENCY_KHZ）<30 && millis（）-time> debounce）{set_frequency_hz = 0; //更新布尔值set_frequency_khz = 1; set_frequency_mhz = 0; moduleFrequency =计数器* 1000; update_display（）; //更新显示时间= millis（）; //更新时间变量}如果（analogRead（SET_FREQUENCY_MHZ）<30 && millis（）-time> debounce）{//检查模拟引脚的去抖动延迟set_frequency_hz = 0; //更新布尔值set_frequency_khz = 0; set_frequency_mhz = 1; moduleFrequency =计数器* 1000000; update_display（）;// //更新显示时间= millis（）; //更新时间变量} if（analogRead（ENABLE_DISABLE_OUTPUT_PIN）<30 && millis（）-time> debounce）{//用去抖动延迟btn_state =检查模拟引脚！ btn_state; //反转按钮状态gen.EnableOutput（btn_state）; //根据按钮状态启用/禁用函数发生器的输出update_display（）; //更新显示时间= millis（）; //更新时间变量}}//更新时间变量}}//更新时间变量}}

最后，我们有update_display（）函数。在此功能中，我们所做的不仅是更新此显示器，还因为它无法在OLED中更新显示器的某些部分而做了很多事情。要更新它，您必须使用新值重新粉刷它。这使编码过程变得更加困难。

在此功能内部，我们先清除显示内容。接下来，我们设置所需的文本大小。此后，我们设置光标并使用display.println（“ Function Function”）;打印函数发生器。命令。再次使用display.setCursor（ 0，20 ）函数将文本大小设置为2，并将光标设置为（0,20）。

在这里，我们可以打印出什么波形的信息。

display.clearDisplay（）; //首先清除显示内容display.setTextSize（1）; //设置文字大小display.setCursor（10，0）; //设置光标位置display.println（“ Function Generator”）; //打印文本display.setTextSize（2）; //设置文本大小display.setCursor（0，20）; //设置光标位置

接下来，我们检查布尔变量的频率详细信息，并更新moduleFrequency变量中的值。我们对Hz，kHz和MHz值执行此操作。接下来，我们检查waveSelect变量并确定选择了哪个波。现在，我们有了用于设置波形类型和频率的值。

if（set_frequency_hz == 1 && set_frequency_khz == 0 && set_frequency_mhz == 0）{//检查是否按下了以Hz为单位的频率设置模块。 // //用当前计数器值更新moduleFrequency变量}如果（set_frequency_hz == 0 && set_frequency_khz == 1 && set_frequency_mhz == 0）{//检查是否按下了以KHz设置频率的按钮moduleFrequency = counter * 1000; //使用当前计数器值更新moduleFrequency变量，但我们将1000乘以在KHZ上进行设置}如果（set_frequency_hz == 0 && set_frequency_khz == 0 && set_frequency_mhz == 1）{//检查是否按下了以MHz设置频率的按钮=计数器* 1000000;如果（moduleFrequency> 12000000）{moduleFrequency = 12000000;//不要让频率偏高12Mhz counter = 12; }} if（waveSelect ==“ SIN”）{//选择了正弦波display.println（“ SIN”）; gen.ApplySignal（SINE_WAVE，REG0，moduleFrequency）; Serial.println（moduleFrequency）; }如果（waveSelect ==“ SQR”）{//选择了Sqr wave display.println（“ SQR”）; gen.ApplySignal（SQUARE_WAVE，REG0，moduleFrequency）; Serial.println（moduleFrequency）; }如果（waveSelect ==“ TRI”）{//选择了Tri wave display.println（“ TRI”）; gen.ApplySignal（TRIANGLE_WAVE，REG0，moduleFrequency）; //更新AD9833模块。 Serial.println（moduleFrequency）; }}如果（waveSelect ==“ SQR”）{//选择了Sqr wave display.println（“ SQR”）; gen.ApplySignal（SQUARE_WAVE，REG0，moduleFrequency）; Serial.println（moduleFrequency）; }如果（waveSelect ==“ TRI”）{//选择了Tri wave display.println（“ TRI”）; gen.ApplySignal（TRIANGLE_WAVE，REG0，moduleFrequency）; //更新AD9833模块。 Serial.println（moduleFrequency）; }}如果（waveSelect ==“ SQR”）{//选择了Sqr wave display.println（“ SQR”）; gen.ApplySignal（SQUARE_WAVE，REG0，moduleFrequency）; Serial.println（moduleFrequency）; }如果（waveSelect ==“ TRI”）{//选择了Tri wave display.println（“ TRI”）; gen.ApplySignal（TRIANGLE_WAVE，REG0，moduleFrequency）; //更新AD9833模块。 Serial.println（moduleFrequency）; }

我们再次设置光标并更新计数器值。再次，我们检查布尔值以更新显示器上的频率范围，我们必须这样做，因为OLED的工作原理非常奇怪。

display.setCursor（45，20）; display.println（counter）; //在显示屏上打印计数器信息。 if（set_frequency_hz == 1 && set_frequency_khz == 0 && set_frequency_mhz == 0）{display.setCursor（90，20）; display.println（“ Hz”）; //在显示器display.display（）;上显示Hz // //当所有set都更新显示时} if（set_frequency_hz == 0 && set_frequency_khz == 1 && set_frequency_mhz == 0）{display.setCursor（90，20）; display.println（“ Khz”）; display.display（）; // //当所有set都更新显示时} if（set_frequency_hz == 0 && set_frequency_khz == 0 && set_frequency_mhz == 1）{display.setCursor（90，20）; display.println（“ Mhz”）; display.display（）; //当所有设置都更新显示时}

接下来，我们检查按钮的按下变量以将输出打印输出到OLED。再次由于OLED模块而需要这样做。

如果（btn_state）{display.setTextSize（1）; display.setCursor（65，45）; display.print（“ Output ON”）; //将输出打印到显示器上display.display（）; display.setTextSize（2）; } else {display.setTextSize（1）; display.setCursor（65，45）; display.print（“ Output OFF”）; //将输出打印到显示器上display.display（）; display.setTextSize（2）; }

这标志着我们编码过程的结束。如果您对此感到困惑，则可以检查代码中的注释以进一步了解。

测试基于AD9833的函数发生器

要测试电路，请使用上述设置。如您所见，我们已将12V DC电源适配器连接至DC桶式插孔，并将Hantek示波器连接至电路的输出。我们还将示波器连接到笔记本电脑以可视化并测量输出频率。

完成此操作后，我们将在旋转编码器的帮助下将输出频率设置为5Khz，然后测试输出正弦波，可以肯定的是，在输出端它是5Khz正弦波。

接下来，我们将输出波形更改为三角波，但频率保持不变，输出波形如下所示。

然后我们将输出更改为方波并观察输出，这是一个完美的方波。

我们还更改了频率范围并测试了输出，效果很好。

进一步增强

该电路仅是概念证明，还需要进一步增强。首先，我们需要高质量的PCB和一些高质量的BNC连接器作为输出，否则我们将无法获得更高的频率。模块的幅度非常低，因此，为了增强这一点，我们需要一些运算放大器电路来放大输出电压。可以连接一个电位计以改变输出幅度。可以连接一个补偿信号的开关。这也是必备功能。而且，由于有一些小问题，代码需要大量改进。最后，需要更改OLED显示器，否则无法编写易于理解的代码。

这标志着本教程的结束，希望您喜欢这篇文章并学到一些新东西。如果您对本文有任何疑问，可以将其留在下面的评论部分，也可以使用我们的电子论坛。