直接數(shù)字頻率合成器設(shè)計(jì)

1、鄭州科技學(xué)院數(shù)字電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)題 目 直接數(shù)字頻率合成器設(shè)計(jì) 學(xué)生姓名 專業(yè)班級(jí) 學(xué) 號(hào) 院 （系） 指導(dǎo)教師 完成時(shí)間 目 錄1. 課程設(shè)計(jì)的目的12. 課程設(shè)計(jì)的任務(wù)與要求13. 設(shè)計(jì)方案與論證13.1 地址發(fā)生器組成23.2 波形數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器2 3.3 數(shù)模轉(zhuǎn)換器34. 設(shè)計(jì)原理及功能說(shuō)明34.1 2716 eprom的地址信號(hào)44.2 dac0832的單緩沖器方式44.3 波形的輸出和調(diào)整44.4 波形數(shù)據(jù)45. 硬件的制作與調(diào)試46. 總結(jié)8參考文獻(xiàn)9附錄1：總體電路原理圖10附錄2：元器件清單111. 課程設(shè)計(jì)的目的“數(shù)字電子技術(shù)”是電子類專業(yè)的一門基礎(chǔ)課。結(jié)合課本知識(shí)和課外資料，

2、設(shè)計(jì)了“直接數(shù)字頻率合成器”，涉及數(shù)字電路中的計(jì)數(shù)器，555定時(shí)器，數(shù)/模轉(zhuǎn)換，并行存儲(chǔ)器的使用，濾波器，運(yùn)算放大器等內(nèi)容。通過(guò)這個(gè)課程設(shè)計(jì)來(lái)學(xué)習(xí)怎么利用理論知識(shí)去解決實(shí)際問(wèn)題，從而提高解決和分析問(wèn)題的能力。2. 課程設(shè)計(jì)的任務(wù)與要求1. 使用dac0832、lm358、eprom、74ls161及555定時(shí)器等器件設(shè)計(jì)完成直接數(shù)字頻率合成器的設(shè)計(jì)；2. 實(shí)現(xiàn)多種波形的輸出。這些波形包括正弦波、三角波、鋸齒波、方波；3. 要求輸出的 波形具有8位數(shù)字量的分辨率。4. 輸出波形的頻率和幅值連續(xù)可調(diào)。5.能用開關(guān)方便的選擇某一種波形的輸出。3. 設(shè)計(jì)方案與論證以前，人們常用模擬電路來(lái)產(chǎn)生這種波形，

3、其缺點(diǎn)是電路結(jié)構(gòu)復(fù)雜，所產(chǎn)生的波形種類有限。隨著數(shù)字電子技術(shù)的發(fā)展，采用數(shù)字集成電路產(chǎn)生各種波形的方法已變的越來(lái)越普遍。雖然，用數(shù)字量產(chǎn)生的波形會(huì)呈微小的階梯狀，但是，只要提高數(shù)字量的位數(shù)即提高波形的分辨率，所產(chǎn)生的波形就會(huì)變的非常平滑。用數(shù)字方式的優(yōu)點(diǎn)是電路簡(jiǎn)單，改變輸出的波形極為容易。下面將說(shuō)明以數(shù)據(jù)存貯器為核心來(lái)實(shí)現(xiàn)波形發(fā)生器的原理。用波形數(shù)據(jù)貯存器記錄所要產(chǎn)生的波形，并將其在地址發(fā)生器作用下所產(chǎn)生的波形的數(shù)字量經(jīng)過(guò)數(shù)-模轉(zhuǎn)換裝置轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的模擬量，以達(dá)到波形輸出的目的。其實(shí)現(xiàn)的原理如圖3-1所示。輸出運(yùn)算放大 器數(shù)模轉(zhuǎn)換 器波形數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器地址發(fā)生 器圖3-1 直接數(shù)字頻率合成器原理框圖

4、3.1 地址發(fā)生器組成地址發(fā)生器輸出的地址位數(shù)決定了每一種波形所能擁有的數(shù)據(jù)存貯量。但在同一地址發(fā)生頻率下，波形貯存量越大輸出越低?？紤]到我們要求輸出波形具有8位數(shù)字量的分辨率，因而可將地址發(fā)生器設(shè)計(jì)成8位，以獲得較好的輸出效果。如果地址發(fā)生器高于8位，那么輸出波形的分辨率將會(huì)收到影響。 選用2片4位二進(jìn)制計(jì)數(shù)器74ls161組成8位地址發(fā)生器，其最高工作頻率可達(dá)到32mhz。3.2 波形數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器8位地址發(fā)生器決定了每種波形的數(shù)據(jù)存儲(chǔ)量為256字節(jié)。因?yàn)榭偣惨敵?種波形，故存儲(chǔ)量為256字節(jié)?？蛇x用2716 eprom作為波形數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。8種波形在存儲(chǔ)器中的地址分配如圖3-2所示：圖3-2

5、 波形數(shù)據(jù)存儲(chǔ)表3.3 數(shù)模轉(zhuǎn)換器采用具有8位分辨率的d/a轉(zhuǎn)換集成芯片dac0832作為多種波形發(fā)生器的數(shù)模轉(zhuǎn)換器。由于多種波形發(fā)生器制使用一路d/a轉(zhuǎn)換，因而dac0832可連續(xù)接成單緩沖器方式。另外，因dac0832是一種電流輸出型d/a轉(zhuǎn)換器，要獲得模擬電壓輸出時(shí)，需外接運(yùn)放來(lái)實(shí)現(xiàn)電流轉(zhuǎn)換為電壓。由于在實(shí)際使用中輸出波形不僅需要單極性的（0+5v或-50v）有時(shí)還需要雙極性的（5v）,因而可用兩組運(yùn)算放大器作為模擬電壓輸出電路，運(yùn)放可選用lm358,其片內(nèi)集成了兩個(gè)運(yùn)算放大器。4. 設(shè)計(jì)原理及功能說(shuō)明本設(shè)計(jì)主要有地址發(fā)生器、波形發(fā)生器、數(shù)模轉(zhuǎn)換器、濾波放大部分組成。4.1 2716 e

6、prom的地址信號(hào)兩片74ls161級(jí)連成八位計(jì)數(shù)器，其低六位輸出作為2716的低六位地址a5-a0，這樣，讀出一個(gè)周期的波形數(shù)據(jù)需要64個(gè)cp脈沖，故輸出波形的頻率為cp時(shí)鐘脈沖頻率的1/64。eprom的高兩位地址用作波形選擇，他們與兩個(gè)選擇開關(guān)相連。利用開關(guān)的不同設(shè)置狀態(tài)，可選用四種波形種的任意一種。4.2 dac0832的單緩沖器方式在電路中dac0832被接成單緩沖器方式。它的ile與+5v相連，cs,xfer,wr2與gnd相連，wr1與cp信號(hào)相連。這樣dac0832的8位dac寄存器始終處于導(dǎo)通狀態(tài)，因此當(dāng)cp變成低電平時(shí)，數(shù)據(jù)線上的數(shù)據(jù)便可直接通過(guò)8位dac寄存器，并有其8位

7、d/a轉(zhuǎn)換器進(jìn)行轉(zhuǎn)換。4.3 波形的輸出和調(diào)整dac0832輸入的電流信號(hào)經(jīng)過(guò)雙運(yùn)放lm358被轉(zhuǎn)換成0 -5v 再經(jīng)過(guò)一級(jí)運(yùn)放后得到了雙極性輸出5v通過(guò)改變cp脈沖的頻率，可得到不同周期的輸出波形。而對(duì)圖種可變電阻的調(diào)節(jié)，則可以改變輸出波形的幅值。4.4 波形數(shù)據(jù)波形的數(shù)據(jù)可 用eprom編程器將這些數(shù)據(jù)寫入2716eprom中。5. 硬件的制作與調(diào)試實(shí)物圖如圖5-1所示：5-1 實(shí)物圖在設(shè)計(jì)地址發(fā)生器時(shí)，我遇到了一個(gè)很棘手的問(wèn)題：電路仿真通過(guò)，但是焊接后竟然無(wú)法正常計(jì)數(shù)，在查閱了很多資料之后才發(fā)現(xiàn)這是因?yàn)?4ls161的預(yù)置數(shù)功能，需要將預(yù)置的四位全部拉低才可以，否則會(huì)從1111開始，那么

8、只有最低位和進(jìn)位會(huì)變化。焊接好地址發(fā)生器后我又遇到了一個(gè)更為頭痛的問(wèn)題，并行存儲(chǔ)器不好買，而且寫入數(shù)據(jù)需要專用編程器，這個(gè)代價(jià)顯然太高，后來(lái)用了一片單片機(jī)模擬了一片eprom，終于實(shí)現(xiàn)了波形數(shù)據(jù)的產(chǎn)生。折騰了兩三天終于完成了硬件電路的設(shè)計(jì)與調(diào)試。如圖5-1、5-2、5-3、5-4分別為四種波形的調(diào)試結(jié)果。圖5-1 方波調(diào)試結(jié)果圖5-2 三角波調(diào)試結(jié)果圖5-3 正弦波調(diào)試結(jié)果圖5-4 鋸齒波調(diào)試結(jié)果6. 總結(jié)這次實(shí)驗(yàn)是一次將理論知識(shí)和實(shí)踐動(dòng)手能力相結(jié)合的一次，它大大鍛煉了我的動(dòng)手和分析能力，鞏固了我的知識(shí)，從而增加了我的信心，也明確了我的努力方向。這次課程設(shè)計(jì)，使我受益頗多。了解到課程實(shí)習(xí)設(shè)計(jì)是

9、開端，連接是關(guān)鍵，測(cè)試是必須。既鞏固了課堂上學(xué)到的理論知識(shí)，又掌握了常用集成電路芯片的使用。在此基礎(chǔ)上學(xué)習(xí)了數(shù)字系統(tǒng)設(shè)計(jì)的基本思想和方法，學(xué)會(huì)了科學(xué)地分析實(shí)際問(wèn)題，通過(guò)查資料、分析資料及請(qǐng)教老師和同學(xué)等多種途徑，獨(dú)立解決問(wèn)題。同時(shí)，也培養(yǎng)了我認(rèn)真嚴(yán)謹(jǐn)?shù)膽B(tài)度。很感謝這次的設(shè)計(jì)，感謝老師給我這個(gè)鍛煉的機(jī)會(huì)，希望今后還能有這樣的課程設(shè)計(jì)。參考文獻(xiàn)1 電子技術(shù)基礎(chǔ)-數(shù)字部分 華中理工大學(xué)教研室編 康華光主編，2001年8 月1日2 數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ) 閻石主編 第五版 高等教育出版社, 2012,23(3):97983 郭天祥. 新概念51單片機(jī)c語(yǔ)言教程m. 北京：電子工業(yè)出版社.2009.3423444 胡漢才. 單片機(jī)原理及其接口技術(shù)（第2版）m. 北京：清華大學(xué)出版社.2004.4977.5 江曉安，董秀峰數(shù)字電子技術(shù)（第三版），西安電子科技大學(xué)出版社，20086 陳梓城實(shí)用電子電路設(shè)計(jì)與調(diào)試，北京：中國(guó)電力出版社，2006附錄1：總體電路原理圖附錄2：元器件清單序號(hào)名稱型號(hào)