正弦發(fā)生電路的設(shè)計畢業(yè)設(shè)計論文(論文)

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1、 1 引言 1.1 DDS的簡單介紹 DDS同 DSP（數(shù)字信號處理）一樣，是一項關(guān)鍵的數(shù)字化技術(shù)。DDS是直接數(shù)字式頻率合成器（Direct Digital Synthesizer）的英文縮寫。與傳統(tǒng)的頻率合成器相比，DDS具有低成本、低功耗、高分辨率和快速轉(zhuǎn)換時間等優(yōu)點，廣泛使用在電信與電子儀器領(lǐng)域，是實現(xiàn)設(shè)備全數(shù)字化的一個關(guān)鍵技術(shù)。 現(xiàn)代電子測量工作隊波形發(fā)生器的性能提出了更高的要求，如輸出波形質(zhì)量更好、頻率寬帶更寬、頻率更穩(wěn)定、準(zhǔn)確度及 分辨率更高、頻率轉(zhuǎn)換速度且輸出波形相位連續(xù)等。DDS芯片中主要包括頻率控制寄存器、高速相位累加器和正弦計算器三個部分。頻率控制寄存器可以串行

2、或并行的方式裝載并寄存用戶輸入的頻率控制碼；而相位累加器根據(jù)頻率控制碼在每個時鐘周期內(nèi)進(jìn)行相位累加，得到一個相位值；正弦計算器則對該相位值計算數(shù)字化正弦波幅度（芯片一般通過查表得到）。DDS芯片輸出的一般是數(shù)字化的正弦波，因此還需經(jīng)過高速D/A轉(zhuǎn)換器和低通濾波器才能得到一個可用的模擬頻率信號。 1.2 DDS的發(fā)展及其優(yōu)點 DDS是全數(shù)字化技術(shù)、其幅度、相位、頻率均可實現(xiàn)程控，并可通過更換波形數(shù)據(jù)靈活實現(xiàn)任意波形，此外，DDS易于單片集成，體積小，價格低，功耗小，因此，DDS技術(shù)近年來得到了飛速發(fā)展，其應(yīng)用也越來越廣泛。 在各行各業(yè)的測試應(yīng)用中，信號源扮演著極為重要的作用。但信號源具有許

3、多不同的類型，不同類型的信號源在功能和特性上各不相同，分別適用于許多不同的應(yīng)用。目前，最常見的信號源類型包括任意波形發(fā)生器，函數(shù)發(fā)生器，RF信號源，以及基本的模擬輸出模塊。信號源中采用DDS技術(shù)在當(dāng)前的測試測量行業(yè)已經(jīng)逐漸稱為一種主流的做法。 DDS有如下優(yōu)點： 1.頻率分辨率高，輸出頻點多，可達(dá)2的N次方個頻點(N為相位累加器位數(shù))； 2.頻率切換速度快，可達(dá)us量級； 3.頻率切換時相位連續(xù)； 4.可以輸出寬帶正交信號； 5.輸出相位噪聲低，對參考頻率源的相位噪聲有改善作用； 6.可以產(chǎn)生任意波形； 7.全數(shù)字化實現(xiàn)，便于集成，體積小，重量輕。 1.3本

4、文的主要內(nèi)容 本文主要是運用DDS技術(shù)產(chǎn)生一個正弦發(fā)生電路的設(shè)計，它是一種全數(shù)字頻率合成技術(shù)，它完全沒有振蕩元件和鎖相環(huán)，而是用一連串?dāng)?shù)據(jù)流經(jīng)過數(shù)模轉(zhuǎn)換器產(chǎn)生出一個預(yù)先設(shè)定的模擬信號（正弦信號）。它將先進(jìn)的數(shù)字信號處理理論與方法引入信號合成領(lǐng)域，實現(xiàn)了合成信號的頻率轉(zhuǎn)換速度與頻率準(zhǔn)確度之間的統(tǒng)一。 1.3.1 DDS的主要芯片介紹 如表1-1所示，介紹由AD公司生產(chǎn)的幾款DDS芯片的性能指標(biāo)。本設(shè)計中采用的DDS芯片是AD9850。AD9850是AD公司生產(chǎn)的最高時鐘為125MHz的直接頻率合成器，主要由可編程DDS系統(tǒng)、高性能模數(shù)變換器（DAC）和高速比較器3部分構(gòu)成。能實

5、現(xiàn)全數(shù)字編程控制的頻率合成，并具有時鐘產(chǎn)生功能。 表1-1DDS的主要芯片介紹 2 DDS技術(shù)產(chǎn)生信號波形的原理 2.1 DDS的基本結(jié)構(gòu)及基本工作原理 直接數(shù)字頻率合成器（Direct Digital Synthesizer）是一種把一系列數(shù)字量形式的信號通過DAC轉(zhuǎn)換成模擬量形式的信號合成技術(shù)。目前使用最廣泛的一種DDS方式是利用高速存儲器作查尋表，然后通過高速DAC產(chǎn)生已經(jīng)用數(shù)字形式存入的正弦波。一個直接數(shù)字頻率合成器由頻率控制字、相位累加器、波形存儲ROM（正弦查詢表）、D/A轉(zhuǎn)換器和低通濾波器（LPF）構(gòu)成。參考時鐘為高穩(wěn)定度的晶體振蕩器，其輸出用于同步DDS各組成部分的

6、工作。DDS的原理框圖如圖2-1所示： 圖2-1 DDS原理框圖 DDS系統(tǒng)的核心是相位累加器，它由一個加法器與一個N位相位寄存器構(gòu)成。每來一個時鐘脈沖，加法器將頻率控制數(shù)據(jù)與累加寄存器輸出的累加相位數(shù)據(jù)相加，把相加后的結(jié)果送至累加寄存器的數(shù)據(jù)輸入端。累加寄存器將加法器在上一個時鐘作用后所產(chǎn)生的新相位數(shù)據(jù)反饋到加法器的輸入端，以使加法器在下一個時鐘的作用下繼續(xù)與頻率控制數(shù)據(jù)相加。這樣，相位累加器在參考時鐘的作用下，進(jìn)行線性相位累加，當(dāng)相位累加器累加滿量時就會產(chǎn)生一次溢出，完成一個周期性的動作，這個周期就是DDS合成信號的一個頻率周期，累加器的溢出頻率就是輸出的信號頻率。 正弦查詢表是

7、一個可編程只讀存儲器，存儲的是以相位為地址的一個周期正弦信號的采樣編碼值，包含一個周期正弦波的數(shù)字幅度信息，每個地址對應(yīng)與正弦波中0o-360o范圍的一個相位點。將相位寄存器的輸出與相位控制字相加得到的數(shù)據(jù)作為一個地址對正弦查詢表進(jìn)行尋址，查詢表把輸入的地址相位信息映射成正弦波幅度信號，驅(qū)動DAC，輸出模擬信號，低通濾波器平滑并濾除不需要的取樣分量，以便輸出頻譜純凈的正弦波信號。 對于計數(shù)容量為2N的相位累加器和具有M個相位取樣的正弦波波形存儲器，若頻率控制字為，輸出信號頻率為,參考時鐘頻率為，則DDS系統(tǒng)輸出信號的頻率為。 2.1.1 頻率控制字的作用 被稱為頻率控制字，也叫相位增量

8、。DDS方程為：，為輸出信號頻率， 為參考時鐘頻率。當(dāng)=1時，DDS輸出最低頻率（也即頻率分辨率），為,而DDS的最大輸出頻率由奈奎斯特（Nyquist）采樣定理決定，即，也就是說的最大值為。因此，只要足夠大，DDS可以得到很細(xì)的頻率間隔。要改變DDS的輸出頻率，只要改變控制字即可。 2.1.2累加器 相位累加器由位加法器與位寄存器級聯(lián)構(gòu)成。每來一個時鐘脈沖 ，加法器將頻率控制字與寄存器輸出的累加相位數(shù)據(jù)相加，再把相加后的結(jié)果送至寄存器的數(shù)據(jù)輸入端。寄存器將加法器在上一個時鐘作用下繼續(xù)與頻率控制字進(jìn)行相加。這樣，相位累加器在時鐘的作用下，進(jìn)行相位累加。當(dāng)相位累加器累加滿時就會產(chǎn)生

9、一次溢出，完成一個周期性的動作。 2.2.3 控制相位的加法器 通過改變相位控制字可以控制輸出信號的相位參數(shù)。令相位加法器的字長為，當(dāng)相位控制字由0躍變到（≠0）時，波形存儲器的輸入為相位累加器的輸出與相位控制字之和，因而其輸出的幅度編碼相位會增加，從而使最后輸出的信號產(chǎn)生相移。 2.2.4 控制波形的加法器 通過改變波形控制字W可以控制輸出信號的波形。由于波形存儲器中的不同波形是分塊存儲的，所以當(dāng)波形控制字改變時，波形存儲器的輸入為改變相位后的地址與波形控制字W（波形地址）之和，從而使最后輸出的信號產(chǎn)和相移。 2.2.6 D/A轉(zhuǎn)換器 D/A轉(zhuǎn)換器的作用是把合成的正弦波數(shù)字量轉(zhuǎn)換

10、成模擬量。正弦幅度量化序列經(jīng)D/A轉(zhuǎn)換后變成了包絡(luò)為正弦波的階梯波。需要注意的是，頻率合成器對D/A轉(zhuǎn)換器的分辨率有一定的要求，D/A轉(zhuǎn)換器的分辨率越高，合成的正弦波臺階數(shù)就越多，輸出的波形的精度也就越高。 2.2.7 低通濾波器 對D/A輸出的階梯波進(jìn)行頻譜分析，可知輸出的階梯波中除主頻外，還存在分布在,等等的兩邊處的非諧波分量。因此，為了取出主頻,必須在D/A轉(zhuǎn)換器的輸出端接入截止頻率為的低通濾波器。 2.2 DDS的數(shù)學(xué)原理 設(shè)有一頻率為的余弦信號： 現(xiàn)在以采樣頻率對進(jìn)行采樣，得到的離散序列為： 其中為采樣周期。 對應(yīng)的相位序列為

11、 從上式可以看出相位序列呈線性，即相鄰的樣值之間的相位增量是一個常數(shù)，而且這個常數(shù)僅與信號的頻率有關(guān)，相位增量為： 因為信號頻率與采樣頻率之間有以下關(guān)系： 其中與為兩個正整數(shù)，所以相位的增量也可以完成： 由上式可知，若將的相位均勻的分為等份，那么頻率為的余弦信號以頻率采樣后，它的量化序列的樣品之間的量化相位增量為一個不變值。 根據(jù)上述原理可以構(gòu)造一個不變量為量化相位增量的量化序列： 然后完成從到另一個序

12、列的映射，由構(gòu)造序列： 公式（2—1） 公式（2-1）是連續(xù)信號經(jīng)采樣頻率為采樣后的離散時間序列，根據(jù)采樣定理，當(dāng)時，經(jīng)過低通濾波器平滑后，可唯一恢復(fù)出。 可見，通過上述變換不變量將唯一的確定一個單頻率模擬余弦信號： 該信號的頻率為： 公式（2—2） 公式（2—2）就是直接數(shù)字頻率合成（DDS）的方程式，在實際的DDS中，一般取，于是DDS方程就可以寫成： 公式（2—3） 根

13、據(jù)公式（2—3）可知，要得到不同的頻率只要通過改變的具體數(shù)值就可以了，而且還可以得到DDS的最小頻率分辨率（最小頻率間隔）為當(dāng)時的輸出頻率： 可見當(dāng)參考頻率始終一定是，其分辨率由相位累加器的位數(shù)決定，若取，，則，即分辨率可以達(dá)到，這也是最低的合成頻率，輸出頻率的高精度DDS的一大優(yōu)點。 由奈奎斯特準(zhǔn)則可知，允許輸出的最高頻率，即，但實際上在應(yīng)用中受到低通濾波器的限制，通常，以便于濾波鏡像頻率，一般： 由此可見DDS的工作頻率帶較寬，可以合成從直流到的頻率信號，同時它的輸出相位連續(xù)，頻率穩(wěn)定度高。 3 總體設(shè)計方案 3．1系統(tǒng)設(shè)計原理 本文提出的采用DDS作為信號發(fā)生核心器件

14、的全數(shù)控函數(shù)信號發(fā)生器設(shè)計方案， 根據(jù)輸出信號波形類型可設(shè)置、輸出信號幅度和頻率可數(shù)控、輸出頻率寬等要求，選用了美國A/D公司的AD9850 芯片，并通過單片機程序控制和處理AD9850的32位頻率控制字， 再經(jīng)放大后加至以數(shù)字電位器為核心的數(shù)字衰減網(wǎng)絡(luò)， 從而實現(xiàn)了信號幅度、頻率、類型以及輸出等選項的全數(shù)字控制。 本系統(tǒng)主要由單片機、DDS直接頻率信號合成器、數(shù)字衰減電路、真有效值轉(zhuǎn)換模塊、A/D轉(zhuǎn)換模塊、數(shù)字積分選擇電路等部分組成。單片機AT89S52是整個系統(tǒng)關(guān)鍵部分，通過對鍵盤進(jìn)行掃描讀入相位信息，經(jīng)轉(zhuǎn)換后輸出到芯片AD9850，輸出波形。鍵盤輸入的數(shù)字信息經(jīng)AT89S52控制的LC

15、D1602顯示。 3．2總體設(shè)計框圖 MCU AD9850 LFP 正弦信號輸 出 鍵盤 液晶 系統(tǒng)構(gòu)成如下圖3-1所示。 圖3-1 系統(tǒng)框圖 4系統(tǒng)硬件模塊的組成 4.1 鍵盤控制模塊 由于本設(shè)計中需要對輸出波形的各項參數(shù)進(jìn)行設(shè)置，所需要的按鍵較多，為了節(jié)省單片機的I/O口資源我們采用2*3的矩陣式鍵盤，如圖4-1所示，通過2*3矩陣式鍵盤對波形的頻率進(jìn)行設(shè)置，操作簡單方便，充分利用了單片機資源。 圖4-1 鍵盤控制電路 4.2單片機控制模塊 主控電路中，以單片機為主體，通過分析鍵盤輸入的數(shù)字值，對AD9850寫入相應(yīng)的控制字。它是系統(tǒng)的大腦。

16、單片機（MICROCONTROLLER，又稱微控制器）是在一塊硅片上集成了各種部件的微型機算計，這些部件包括中央處理器CPU、數(shù)據(jù)存貯器RAM、程序存貯器ROM、定時器/計數(shù)器和多種I/O接口電路。 4.2.1 AT89S52功能特性描述 AT89S52是一種低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K 在系統(tǒng)可編程Flash 存儲器。使用ATMEL公司高密度非易失性存儲器技術(shù)制造，與工業(yè)80C51 產(chǎn)品指令和引腳完全兼容。片上Flash允許程序存儲器在系統(tǒng)可編程，亦適于常規(guī)編程器。在單芯片上，擁有靈巧的8 位CPU 和在系統(tǒng)可編程Flash，使得AT89S52為眾多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供

17、高靈活、有效的解決方案。AT89S52具有以下標(biāo)準(zhǔn)功能：8k字節(jié)Flash、256字節(jié)RAM、32 位I/O 口線、看門狗定時器、2個數(shù)據(jù)指針、三個16 位定時器/計數(shù)器、一個6向量2級中斷結(jié)構(gòu)、全雙工串行口、片內(nèi)晶振及時鐘電路。另外，AT89S52 可降至0Hz 靜態(tài)邏輯操作，支持2種軟件可選擇節(jié)電模式?？臻e模式下，CPU停止工作，允許RAM、定時器/計數(shù)器、串口、中斷繼續(xù)工作。掉電保護(hù)方式下，RAM內(nèi)容被保存，振蕩器被凍結(jié)，單片機一切工作停止，直到下一個中斷或硬件復(fù)位為止。 AT89S52的引腳結(jié)構(gòu)如圖： 圖4-2 單片機AT89S52引腳結(jié)構(gòu)圖 P0口：P0口是一個8位漏極開路

18、的雙向I/O口。作為輸出口，每位能驅(qū)動8個TTL邏輯電平。對P0端口寫“1”時，引腳用作高阻抗輸入。當(dāng)訪問外部程序和數(shù)據(jù)存儲器時，P0口也被作為低8位地址/數(shù)據(jù)復(fù)用。在這種模式下，P0具有內(nèi)部上拉電阻。在flash編程時，P0口也用來接收指令字節(jié)；在程序校驗時，輸出指令字節(jié)。程序校驗時，需要外部上拉電阻。 P1口：P1 口是一個具有內(nèi)部上拉電阻的8 位雙向I/O 口，P1 輸出緩沖器能驅(qū)動4個TTL邏輯電平。對P1 端口寫“1”時，內(nèi)部上拉電阻把端口拉高，此時可以作為輸入口使用。作為輸入使用時，被外部拉低的引腳由于內(nèi)部電阻的原因，將輸出電流。此外，P1.0和P1.2分別作定時器/計數(shù)器2的外

19、部計數(shù)輸入（P1.0/T2）和時器/計數(shù)器2的觸發(fā)輸入（P1.1/T2EX），在flash編程和校驗時，P1口接收低8位地址字節(jié)。P2 口：P2 口是一個具有內(nèi)部上拉電阻的8 位雙向I/O 口，P2 輸出緩沖器。能驅(qū)動4個TTL 邏輯電平。對P2 端口寫“1”時，內(nèi)部上拉電阻把端口拉高，此時可以作為輸入口使用。作為輸入使用時，被外部拉低的引腳由于內(nèi)部電阻的原因，將輸出電流。在訪問外部程序存儲器或用16位地址讀取外部數(shù)據(jù)存儲器（例如執(zhí)行MOVX @DPTR）時，P2 口送出高八位地址。在這種應(yīng)用中，P2口使用很強的內(nèi)部上拉發(fā)送1。在使用8位地址（如MOVX @RI）訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，P2口輸

20、出P2鎖存器的內(nèi)容。在flash編程和校驗時，P2口也接收高8位地址字節(jié)和一些控制信號。 隨著計算機技術(shù)的高速發(fā)展，單片機以其自身的特點，已廣泛應(yīng)用于智能儀器、工業(yè)控制、家用電器、電子玩具等各個領(lǐng)域。 4.2.2 時鐘電路 圖4-3 時鐘電路 XTAL1是片內(nèi)振蕩器的反相放大器輸入端，XTAL2則是輸出端，使用外部振蕩器時，外部振蕩信號應(yīng)直接加到XTAL1，而XTAL2懸空。內(nèi)部方式時，時鐘發(fā)生器對振蕩脈沖二分頻，如晶振為12MHz，時鐘頻率就為6MHz。晶振的頻率可以在1MHz-24MHz內(nèi)選擇。電容取30PF左右。AT89C51中有一個用于構(gòu)成內(nèi)部振蕩器的高增益反相放大器，引腳

21、XTAL1和XTAL2分別是該放大器的輸入端和輸出端。這個放大器與作為反饋元件的片外石英晶體或者陶瓷諧振器一起構(gòu)成自激振蕩器。片外石英晶體或者陶瓷諧振器及電容C1、C2接在放大器的反饋回路中構(gòu)成并聯(lián)振蕩電路。對外接電容C1、C2雖然沒有十分嚴(yán)格的要求，但電容容量的大小會輕微影響振蕩頻率的高低、振蕩器工作的穩(wěn)定性、起振的難易程序及溫度穩(wěn)定性，這里采用電容30pF，晶振采用11.0592MHz。 4.2.3復(fù)位電路 AT89C51的外部復(fù)位電路有上電自動復(fù)位和手動按鍵復(fù)位。上電復(fù)位電容充電來實現(xiàn)。手動按鍵復(fù)位又分為按鍵電平復(fù)位和按鍵脈沖復(fù)位。按鍵電平復(fù)位電路是在普通RC復(fù)位電路的基礎(chǔ)上接一個有

22、下拉電阻10K、上拉電容10μf接VCC,電源由開關(guān)經(jīng)串接的1K限流電阻至復(fù)位腳（和上拉電容并聯(lián)），上拉電容支路負(fù)責(zé)在“上電”瞬間實施復(fù)位；開關(guān)通過1K上拉電阻和10K下拉電阻分壓器，保證對單片機實施按鍵電平復(fù)位。電路圖如圖4-4所示。 圖4-4 復(fù)位電路 4.3 LCD顯示模塊 4.3.1 LCD1602的主要性能 1602型LCD可以顯示2行16個字符，有8位數(shù)據(jù)總線D0～D7和RS，R/W，EN三個控制端口，工作電壓為5V，并且具有字符對比度調(diào)節(jié)和背光功能。 1602型LCD的接口信號說明，如表4-1所示： 表4-1 LCD1602接口說明 編號 符號 引腳說明

23、編號 符號 引腳說明 1 VSS 電源地 9 D2 Data I/O 2 VDD 電源正極 10 D3 Data I/O 3 VL 液晶顯示偏壓信號 11 D4 Data I/O 4 RS 數(shù)據(jù)/命令選擇端（H/L） 12 D5 Data I/O 5 R/W 讀寫選擇端（H/L） 13 D6 Data I/O 6 E 使能信號 14 D7 Data I/O 7 D0 Data I/O 15 BLA 背光源正極 8 D1 Data I/O 16 BLK 背光源負(fù)極 基本操作程序 讀狀態(tài)：輸入：

24、RS=L，RW=H，E=H 輸出：D0～D7=狀態(tài)字 讀數(shù)據(jù)：輸入：RS=H，RW=H，E=H 輸出：無 寫指令：輸入：RS=L，RW=L，D0～D7=指令碼，E=高脈沖 輸出：D0～D7=數(shù)據(jù) 寫數(shù)據(jù)：輸入：RS=H，RW=L，D0～D7=數(shù)據(jù)，E=高脈沖 輸出：無 4.3.2 LCD1602與單機的連接 由于本設(shè)計顯示的數(shù)字位數(shù)較多，我們采用LCD1602作為顯示裝置，既能達(dá)到顯示位數(shù)的目的，有能達(dá)到節(jié)省單片機資源的效果，如圖4-5所示，LCD1602與單片機的連接，1602的DB0—DB7與89S52的P2口相接，RS與P13相接，R/W與P12相接，E與P11相接。

25、VL與地之間接一個10K的滑動變阻器起到LCD1602初始顯示的調(diào)節(jié)。 圖4-5 LCD與單片機的接口電路 4.4 AD9850 與單片機連接模塊 4.4.1 AD9850簡介 美國AD公司推出的高集成度頻率合成器AD9850便是采用DDS技術(shù)的典型產(chǎn)品之一。AD9850采用先進(jìn)的CMOS工藝,其功耗在3.3V供電時僅為155mW,擴展工業(yè)級溫度范圍為－40～80℃,采用28腳SSOP表面封裝形式。AD9850的引腳排列如圖4-6所示,圖4-7為其組成框圖。中層虛線內(nèi)是一個完整的可編程DDS系統(tǒng),外層虛線內(nèi)包含了AD9850的主要組成部分。 AD9850內(nèi)含可編程DDS系統(tǒng)和高速

26、比較器,能實現(xiàn)全數(shù)字編程控制的頻率合成?？删幊藾DS系統(tǒng)的核心是相位累加器,它由一個加法器和一個位相位寄存器組成, 一般為24~32。每來一個外部參考時鐘,相位寄存器便以步長遞加。相位寄存器的輸出與相位控制字相加后可輸入到正弦查詢表地址上。正弦查詢表包含一個正弦波周期的數(shù)字幅度信息,每一個地址對應(yīng)正弦波中0o-360范圍的一個相位點。查詢表把輸入地址的相位信息映射成正弦 圖4-6 AD9850管腳排列圖 圖4-7 AD9850組成框圖 波幅度信號,然后驅(qū)動DAC以輸出模擬量。相位寄存器每過個外部參考時鐘后返回到初始狀態(tài)一次,相應(yīng)地正弦查詢表每經(jīng)過一個循環(huán)也回到初始位置,從而使

27、整個DDS系統(tǒng)輸出一個正弦波。輸出的正弦波周期,頻率,、分別為外部參考時鐘的周期和頻率。AD9850采用32位的相位累加器將信號截斷成14位輸入到正弦查詢表,查詢表的輸出再被截斷成10位后輸入到DAC, DAC再輸出兩個互補的電流。DAC滿量程輸出電流通過一個外接電阻RSET調(diào)節(jié),調(diào)節(jié)關(guān)系為： Rset的典型值是3.9kΩ。將DAC的輸出經(jīng)低通濾波后接到AD9850內(nèi)部的高速比較器上即可直接輸出一個抖動很小的方波。 AD9850在接上精密時鐘源和寫入頻率相位控制字之后就可產(chǎn)生一個頻率和相位都可編程控制的模擬正弦波輸出,此正弦波可直接用作頻率信號源或經(jīng)內(nèi)部的高速比較器轉(zhuǎn)換為方波輸出。在

28、125MHz的時鐘下, 32位的頻率控制字可使AD9850的輸出頻率分辨率達(dá)0.0291Hz;并具有5位相位控制位,而且允許相位按增量180、90、45、22.5、11.25或這些值的組合進(jìn)行調(diào)整。 4.4.2 AD9850的控制字與控制時序 AD9850有40位控制字, 32位用于頻率控制,5位用于相位控制, 1位用于電源休眠(Powerdown)控制, 2位用于選擇工作方式。這40位控制字可通過并行方式或串行方式輸入到AD9850,圖4-8是控制字并行輸入的控制時序圖,在并行裝入方式中,通過8位總線D0…D7將可數(shù)據(jù)輸入到寄存器,在重復(fù)5次之后再在FQ-UD上升沿把40位數(shù)據(jù)從輸入寄存

29、器裝入到頻率/相位數(shù)據(jù)寄存器(更新DDS輸出頻率和相位),同時把地址指針復(fù)位到第一個輸入寄存器。接著在W-CLK的上升沿裝入8位數(shù)據(jù),并把指針指向下一個輸入寄存器,連續(xù)5個W-CLK上升沿后, W-CLK的邊沿就不再起作用,直到復(fù)位信號或FQ-UD上升沿把地址指針復(fù)位到第一個寄存器。 圖4-8 控制字并行輸入的時序圖 圖4-9 控制字串行輸入的時序圖 在串行輸入方式,W-CLK上升沿把25引腳的一位數(shù)據(jù)串行移入,當(dāng)移動40位后,用一個FQ_UD脈沖即可更新輸出頻率和相位。圖4-9是相應(yīng)的控制字串行輸入的控制時序圖。AD9850的復(fù)位(RESET)信號為高電平有效,且脈沖寬度不小

30、于5個參考時鐘周期。AD9850的參考時鐘頻率一般遠(yuǎn)高于單片機的時鐘頻率,因此AD9850的復(fù)位(RESET)端可與單片機的復(fù)位端直接相連。 表4-2AD9850串行裝載的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu) 位代號 功能 位代號 功能 位代號 功能 位代號 功能 W0 Freq-b0 (LSB) W10 Freq-b10 W20 Freq-b20 W30 Freq-b30 W1 Freq-b1 W11 Freq-b11 W21 Freq-b21 W31 Freq-b31 (MSB) W2 Freq-b2 W12 Freq-b12 W22 Freq-b22

31、 W32 Control W3 Freq-b3 W13 Freq-b13 W23 Freq-b23 W33 Control W4 Freq-b4 W14 Freq-b14 W24 Freq-b24 W34 Power-Down W5 Freq-b5 W15 Freq-b15 W25 Freq-b25 W35 Phase-b0 (LSB) W6 Freq-b6 W16 Freq-b16 W26 Freq-b26 W36 Phase-b 1 W7 Freq-b7 W17 Freq-b17 W27 Freq-b27

32、W37 Phase-b 2 W8 Freq-b8 W18 Freq-b18 W28 Freq-b28 W38 Phase-b 3 W9 Freq-b9 W19 Freq-b19 W29 Freq-b29 W39 Phase-b4 (MSB) 在表4-2中，位W0～W31的32位是頻率控制字，改變它的內(nèi)容可以改變AD9850的輸出頻率。位W32和W33用于工廠測試，應(yīng)向這兩位賦0。位W34用來控制AD9850的上電和掉電，當(dāng)不需要輸出信號時，通過打這一位置1來實現(xiàn)掉電。位W35～W39的5位是相位控制字，改變它的內(nèi)容可以改變AD9850的輸出相位。串行裝

33、載時，AD9850的D7引腳和W_CLK引腳組成同步串行接口，這個接口可以直接與89S52相接連。40位控制/數(shù)據(jù)字通過AD9850的D7引腳在W_CLK引腳的脈沖信號上升邊沿作用下分40次裝入。W0在前，W39在后，依次裝入。完成40位控制/數(shù)據(jù)字的裝載后，F(xiàn)Q_UD引腳的脈沖信號上升沿刷新AD9850的工作狀態(tài)，同時復(fù)位寄存器指針，準(zhǔn)備下一次位控制/數(shù)據(jù)字的裝入。 4.4.3單片機與AD9850的接口 單片機與AD9850的接口既可采用并行方式,也可采用串行方式,但為了充分發(fā)揮芯片的高速性能,應(yīng)在單片機資源允許的情況下盡可能選擇并行方式,本文重點介紹其并行方式的接口。并行接口接口電路

34、比較簡單,但占用單片機資源相對較多,圖4-10是I/O方式并行接口的電路圖,AD9850的數(shù)據(jù)線D0~D7與P1口相連, FQ_UD和W_CLK分別與P2.3(10引腳)和P2.4(11引腳)相連,所有的時序關(guān)系均可通過軟件控制實現(xiàn)。 圖4-10 AD9850與單片機連接 4.5 濾波電路設(shè)計 為了使輸出的頻率不受外界和一些雜波的干擾，需用一個低通濾波器(LPF)濾除高次諧波。常用的濾波器的頻率響應(yīng)有三種:巴特沃斯型（Butterworth），切比雪夫型 (Chebyshev)和橢圓型 (Cauer)。其中巴特沃斯濾波器通帶最平坦，它的通帶內(nèi)沒有紋波，在靠近零頻處，有最平坦通帶，趨向

35、阻帶時衰減單調(diào)增大，缺點是從通帶到阻帶的過渡帶最寬，對于帶外干擾信號的衰減作用最弱，過渡帶不夠陡峭，因此它適用于對通帶要求較高，而去除的頻率離通帶較遠(yuǎn)的情況；切比雪夫濾波器在通帶內(nèi)衰減在零值和一個上限值之間做等起伏變化，阻帶內(nèi)衰減單調(diào)增大，帶內(nèi)有起伏，但過渡帶比較陡峭；橢圓濾波器不僅通帶內(nèi)有起伏，阻帶內(nèi)也有起伏，而且過渡帶陡峭。比較起來，橢圓濾波器性能更好，本設(shè)計中采用的是橢圓濾波器。具體電路圖如圖4-11所示。 圖4-11 濾波電路 4.6 DDS硬件抗干擾處理 DDS的時鐘頻率很高，對周圍電路有一定影響，在電路中采取了一些抗干擾措施，如：引線盡量短，減少交叉，每個芯片的電源與地之

36、間都解憂去耦電容，數(shù)字地與模地分開。 5 軟件設(shè)計與調(diào)試 5．1 程序設(shè)計流程圖 通過程序預(yù)置頻率，并實現(xiàn)對頻率步進(jìn)的控制，處理用戶由鍵盤鍵入的頻率值，判斷是否超出范圍，生成頻率控制字，經(jīng)并行方式送入DDS，合成用戶所需的頻率，并通過程序?qū)崿F(xiàn)頻率的顯示。程序流程圖如圖5-1所示。 開始 按鍵處理 是否有鍵按下 AD9850數(shù)據(jù)更新 更新頻率控制字 鍵盤掃描 LCD顯示 初始化 進(jìn)入主程序 Y N 圖5-1 程序流程圖 5.2軟件設(shè)計與

37、調(diào)試 本系統(tǒng)的軟件調(diào)試可以在Keil uvision2的環(huán)境中完成，Keil系統(tǒng)為軟件的開發(fā)和調(diào)試提供了良好的用戶界面和強大的功能。程序調(diào)試無誤后，可以裝入單片機中進(jìn)行測試，用單片機系統(tǒng)與DDS系統(tǒng)相結(jié)合，并用示波器觀察測試的效果。 5.2.1部分源程序 #include #define ddsdata P2 sbit reset=P2^7; sbit wclk=P2^6; sbit fqud=P2^5; sbit strobe0=P1^0; sbit strobe1=P1^1; void delay(unsigned char i) {

38、while(i--); } void initialad9850(void)//寫相位、頻率控制字前初始化 { strobe0=0; strobe1=0; ddsdata=0x00; strobe1=1; reset=1; reset=0; strobe1=0; } void writebyte(unsigned char frepha) //8位并行方式寫相位、頻率控制字 { ddsdata=frepha; strobe0=1; strobe0=0; //wclk = 0; ddsdata=0x00; //須保證reset、fqud也為低，否則時序有誤

39、 strobe1=1; wclk = 1; wclk = 0; strobe1=0; } void updataad9850(void)//以40位控制字進(jìn)行相位、頻率更新 { ddsdata=0x00;//須保證reset、wclk也為低，否則時序有誤 strobe1=1; fqud=1; fqud=0; strobe1=0; } void freqcom(unsigned long data frequency) { unsigned long data freq32; char data j; unsigned char data freq[4];

40、 freq32=frequency*34.359738368; //2^32/125000000 freq[3]=freq32/16777216; freq[2]=(freq32/65536)%256; freq[1]=(freq32/256)%256; freq[0]=freq32%256; writebyte(0x00); // 必須保證此字節(jié)最低兩位為00，廠家保留測試位，寫錯后果嚴(yán)重 for(j=3;j>=0;j--) { writebyte(freq[j]); } updataad9850(); } void main() { init

41、ialad9850(); freqcom(3000); //while(1); } 結(jié) 論 畢業(yè)設(shè)計完成的主要工作是完成單片機控制AD9850產(chǎn)生正弦信號，并能顯示出相對應(yīng)的頻率，且使頻率在0～20MHz的范圍內(nèi)能以1Hz為步長進(jìn)行調(diào)整。 通過搜集目前DDS技術(shù)的相關(guān)資料，了解國內(nèi)外DDS信號發(fā)生器的相關(guān)制作方法，并通過設(shè)計方案的比較，針對設(shè)計任務(wù)提出了可行方案。在設(shè)計方案中，結(jié)合單片機的功能特點及其控制特性，利用簡便的單片機C-51語言和其內(nèi)部時鐘，以單片機作為控制的核心。根據(jù)設(shè)計方案，詳細(xì)地闡述了單片機的控制原理、AD9850的使用方法、制作了電

42、路原理樣機并進(jìn)行調(diào)試。結(jié)果表明，所設(shè)計的電路和軟件能完成基本的測試功能。 總之，DDS芯片因其轉(zhuǎn)換速度快、性能價格比高、體積小、輸出的波形穩(wěn)定度高、精度高、分辨率高，而且輸出波形的頻率、相位可控，因而在各類電子設(shè)備，特別是通信、雷達(dá)等領(lǐng)域中的應(yīng)用將越來越廣泛。 致 謝 經(jīng)過一個月的忙碌和工作，本次畢業(yè)設(shè)計已經(jīng)接近尾聲。留給了我很深的思考，只有通過學(xué)習(xí)才能獲得知識，開始時并不是什么都會，但是只要努力了就一定會有收獲 雖然中間的過程很辛苦，但是只要有結(jié)果，就可以忘記艱辛的過程。此外通過這次設(shè)計，我對電子設(shè)計的認(rèn)識有了很大的提高，

43、同時認(rèn)識到自己在硬件設(shè)計方面還有很大的欠缺。主要表現(xiàn)在對很多原理知識掌握的不是很清楚，對硬件設(shè)計的正確方法掌握不多，造成了很多的重復(fù)性工作。，由于經(jīng)驗缺乏，難免有許多考慮不周全的地方，如果沒有指導(dǎo)老師的督促和指導(dǎo)，以及于天柱同學(xué)的支持和幫助下，要想完成論文是很難的。論文題目的擬定到實施是根據(jù)之前在電子比賽實訓(xùn)中所學(xué)到的知識的應(yīng)用。因此，在這里要感謝我的指導(dǎo)老師們。感謝他們一直很悉心的指導(dǎo)我們的工作，無論是什么時間段去找他們答疑提問，包括是下班的休息時間，他都是有問必答，同時還為我們搜索了許多相關(guān)知識的資料，給我解決了很多困難，老師兢兢業(yè)業(yè)的工作精神、嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度、踏實真誠的處事態(tài)度，對事負(fù)責(zé)

44、，對學(xué)生負(fù)責(zé)，使我深受感動，這是我在現(xiàn)在和今后的學(xué)習(xí)、工作生活中要努力學(xué)習(xí)的。在此，我向老師致以最衷的感謝！ 最后，衷心的感謝各位答辯組的老師！感謝您們能在百忙之中參與我的論文答辯工作。謝謝！ 參 考 文 獻(xiàn) 1 童詩白，華成英 模擬電子技術(shù)基礎(chǔ) 高等教育出版社 2003 2 陳明熒 單片機設(shè)計實訓(xùn)教材 清華大學(xué)出版社 2004 3 閻石 數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ) 高教出版社 2004 4 全國大學(xué)生電子設(shè)計競賽組委員，獲作品匯編，北京；北京理工大學(xué)出版社2004 5 瞿安連 應(yīng)用電子技術(shù)，北京；科學(xué)出版社2003 6 丁元杰 單片機原理及應(yīng)用 機械工藝出版社1999 7 全國大學(xué)生電子設(shè)計競賽組委會編，全國大學(xué)生電子設(shè)計競賽獲獎作品精選（1994-1999）北京；北京理工大學(xué)出版社2003.3 8 何希才，姜余祥 新型穩(wěn)壓電源及其應(yīng)用，北京；國防工業(yè)出版社2001 9 楊振江 A/D，D/A轉(zhuǎn)換器接口技術(shù)，西安；西安電子科技大學(xué)出版社1996 10趙景波 向華 Protel99SE應(yīng)用與實例教程。人民郵電出版社出版發(fā)行 2009 11吳鎮(zhèn)揚.數(shù)字信號處理[M].北京：高等教育出版社，2004.9. 12 石熊.DDS芯片AD9850的工作原理及其與單片機的接口.國外電子元器件，2001.5 附錄：硬件原理圖