基于AD9834的波形發(fā)生器的設(shè)計畢業(yè)設(shè)計

1、畢業(yè)設(shè)計論文基于ad9834的波形發(fā)生器的設(shè)計目 錄前言2第1章 緒論3第1.1節(jié) 研究的背景和意義3第1.2節(jié) 波形發(fā)生器的發(fā)展狀況3第2章 系統(tǒng)方案設(shè)計5第2.1節(jié) 單片機主控模塊5第2.2節(jié) 液晶模塊9第2.3節(jié) dds模塊11第3章 硬件電路的設(shè)計14第3.1節(jié) 單片機主控電路及液晶顯示電路14第3.2節(jié) ad9834電路設(shè)計14第3.3節(jié) 按鍵電路15第3.4節(jié) 增益可控電路15第4章 系統(tǒng)軟件設(shè)計17第4.1節(jié) keil軟件的介紹17第4.2節(jié) 系統(tǒng)軟件的整體設(shè)計17第4.3節(jié) 程序設(shè)計原理18第4.4節(jié) 信號產(chǎn)生的程序19第5章 系統(tǒng)調(diào)試20第5.1節(jié) 硬件調(diào)試20第5.2節(jié) 軟

2、件調(diào)試20第5.3節(jié) 調(diào)試結(jié)果20結(jié)論24參考文獻25致謝26附錄27附錄1：實物照片說明27附錄2：系統(tǒng)原理圖27附錄3：部分源程序28基于ad9834的波形發(fā)生器的設(shè)計【摘要】：本設(shè)計核心問題是設(shè)計信號發(fā)生器，使之輸出不同頻率的正弦波、三角波和方波，并通過按鍵切換輸出的波形，也可以改變頻率和輸出的幅度。本方案選擇了ad9834作為核心芯片，并與單片機stc89c52結(jié)合，設(shè)計一款簡易的高精度頻率信號發(fā)生器，具有體積小功耗低等優(yōu)點。ad9834是adi公司生產(chǎn)的一款采用dds技術(shù)、低功耗、可編程波形發(fā)生器。本文介紹了用ad9834設(shè)計信號發(fā)生器的基本框架，詳細闡述了該芯片的基本性能和使用方法

3、，分析了它與單片機結(jié)合產(chǎn)生波形的具體措施。并且對dds這一技術(shù)做了比較詳細的分析，也展望它的發(fā)展前景。 此外，本文還介紹了單片機stc89c52，它是一種低功耗、高性能cmos8位微控制器，一種帶8k字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲器，并且也詳細地闡述了單片機的內(nèi)部結(jié)構(gòu)、各個引腳的說明以及此芯片的特點?！娟P(guān)鍵詞】：stc89c52； ad9834；dds abstract : this design is a core problem design signal generator, the output of different frequency sine wave, triangular w

4、ave and square wave, and through the key switch output waveform, also can change the frequency and amplitude of the output. this scheme selection ad9834 as the core chip, and single chip microcomputer and stc89c52 combination, design one simple high precision frequency signal generator, has small po

5、wer consumption advantages. ad9834 adi company is the production of one using dds technology, low power consumption, programmable waveform generator. this paper introduces the design of signal generator with ad9834 the basic framework, elaborated on the chip of the basic performance and usage, it an

6、alyses the single chip microcomputer and combined with the concrete measures of produce waveform. and the dds this technology made comparatively detailed analysis, and prospects the development prospect. in addition, this paper also introduces the stc89c52 mcu, it is a kind of low power consumption,

7、 high performance cmos8 a micro controller, a zone 8 k bytes scintillation programmable read only memory can be erased. and also in detail the internal structure of the single chip microcomputer, each pin and the description of the characteristics of the chip. key words: stc89c52；ad9834；dds前言單片機是一種集

8、成在電路芯片，它是采用超大規(guī)模集成電路技術(shù)，把具有數(shù)據(jù)處理能力的中央處理器cpu、只讀存儲器rom、隨機存儲器ram、多種i/o接口和中斷系統(tǒng)、定時器/計時器等功能（可能還包括驅(qū)動顯示電路、模擬多路轉(zhuǎn)換器、脈寬調(diào)制電路、a/d轉(zhuǎn)換等電路）集成到一塊硅片上，從而構(gòu)成一個小而完善的計算機系統(tǒng)。波形發(fā)生器是一種數(shù)據(jù)信號發(fā)生器，在調(diào)試硬件時常常需要加入一些信號，以觀察電路工作是否正常。而一般的信號發(fā)生器，不但笨重，而且只發(fā)生一些簡單的波形，不能滿足需要。例如用戶要調(diào)試串口通信程序時，必須先在計算機上寫好一段程序，之后再用數(shù)據(jù)線連接計算機和實驗板，如果不能正常使用，不知道是數(shù)據(jù)線還是程序出現(xiàn)問題。用e2

9、000/l的波形發(fā)生器功能，可以定義串口數(shù)據(jù)。通過邏輯探勾輸出，調(diào)試起來簡單快捷。直接數(shù)字頻率合成（dds）技術(shù)是繼1971年問世以來1，由于它低成本、低功耗、高分辨率、頻率切換時間短、相位連續(xù)、結(jié)構(gòu)簡單、體積小等諸多優(yōu)點，在電信和電子儀器領(lǐng)域得到了越來越廣泛的應(yīng)用。ad9834是adi公司生產(chǎn)的一款采用dds技術(shù)、低功耗、可編程波形發(fā)生器，器件采用msop封裝，非常小巧，外圍電路簡單，通過spi接口和單片機相連，編程可生成方波、三角波、正弦波，輸出頻率和相位都可通過軟件編程，易于調(diào)節(jié)。本設(shè)計主要是基于ad9834的一款簡易信號發(fā)生器2，由stc89c52單片機通過3個spi接口控制dds芯片

10、ad9834產(chǎn)生各種頻率的正弦波、三角波、方波，經(jīng)放大整形電路后輸出，并通過獨立的按鍵切換輸出的波形，也可改變頻率和輸出幅度。該系統(tǒng)以簡易為出發(fā)點，用熟悉的單片機stc89c52作為主控芯片,選用低功耗芯片ad9834為信號產(chǎn)生芯片。且使用dds器件，具有體積很小，電路簡單的優(yōu)點，整個系統(tǒng)可以做得很小，甚至可以作為手持設(shè)備使用，這就正好滿足了當前技術(shù)的需要。這也是這次設(shè)計的兩個創(chuàng)新點。第1章 緒論第1.1節(jié) 研究的背景和意義波形發(fā)生器亦稱函數(shù)發(fā)生器，作為實驗時使用的信號源，是當代各種電子電路實驗設(shè)計應(yīng)用中必不或缺的儀器設(shè)備之一。目前，市場上常見的波形發(fā)生器大多數(shù)是純硬件的搭接而成，且波形的種類

11、有限的，多為方波、正弦波、鋸齒波、三角波等波形。信號發(fā)生器作為一種常見的應(yīng)用電子儀器設(shè)備，傳統(tǒng)的信號發(fā)生器可以完全由硬件電路搭接而成，如采用555振蕩電路發(fā)生方波、正弦波和三角波的電路便是可取的路經(jīng)之一，不用依靠單片機。但是這種電路存在波形質(zhì)量差，難以控制，可調(diào)節(jié)的范圍小，電路過于復(fù)雜和體積大等缺點。在科學研究和生產(chǎn)實踐中，如工業(yè)過程控制，地震模擬機械振動，生物醫(yī)學等領(lǐng)域常常需要用低頻信號源。但是由硬件電路構(gòu)成的低頻信號其性能難以令人滿意，而且由于低頻信號源所需的rc很大，電阻大，電容大在制作上有困難，參數(shù)的精度也難以保證；體積大、漏電和損耗大更是致命的弱點。一旦工作需求功能有增加，則電路復(fù)雜

12、程度會大大增加?，F(xiàn)代電子領(lǐng)域中，單片機的應(yīng)用正在不斷地走向深入，這必將導(dǎo)致傳統(tǒng)控制于檢測技術(shù)的日益更新。單片機構(gòu)成的儀器具有高可靠性、高性價比，在智能儀表系統(tǒng)和辦公自動化等諸多領(lǐng)域得以極為廣泛的應(yīng)用，并走入家庭，從洗衣機、微波爐到音響和汽車，處處可見其應(yīng)用。因此，單片機技術(shù)開發(fā)和應(yīng)用水平已逐步成為一個國家工業(yè)發(fā)展水平的標志之一。一塊單片機芯片就是一臺計算機，由于單片機這種特殊的結(jié)構(gòu)形式，在某些應(yīng)用領(lǐng)域中，它承擔了大中型計算機和通用微型計算機無法完成的一些工作，使其具有很多顯著的優(yōu)點和特點，因此在各個領(lǐng)域中都得到了迅猛的發(fā)展。第1.2節(jié) 波形發(fā)生器的發(fā)展狀況波形發(fā)生器是能夠產(chǎn)生大量的標準信號和用

13、戶定義信號的，并可以保證高穩(wěn)定性、高精度、易操作性和可重復(fù)性的電子儀器。波形發(fā)生器具有頻率穩(wěn)定性和連續(xù)的相位變換等優(yōu)點，它不僅可以模擬各種復(fù)雜的信號，還可對波形、頻率、相移、幅值進行動態(tài)、及時的控制，它還可以與其它儀器通訊組成自動測試系統(tǒng)，因此它被廣泛用在震動激勵、自動控制系統(tǒng)、通訊和儀器儀表等領(lǐng)域。在 70 年代以前，信號發(fā)生器主要有兩類：脈沖波和正弦波，而波形發(fā)生器介于兩類之間，能夠提供正弦波、方波、三角波等幾種常用標準波形，如果產(chǎn)生其它波形時，則需要采用較復(fù)雜的電路和機電結(jié)合的方法。這個時期的波形發(fā)生器多采用模擬電子技術(shù)，而且模擬器件構(gòu)成的電路存在著價格貴、功耗大、尺寸大等缺點，并且要產(chǎn)

14、生較為復(fù)雜的信號波形，則電路結(jié)構(gòu)十分復(fù)雜。同時，主要體現(xiàn)在兩個較為突出的問題上，一是通過電位器的調(diào)節(jié)來實現(xiàn)輸出頻率的調(diào)節(jié)，因此很難將頻率調(diào)到某一個固定值；二是脈沖的占空比不可調(diào)節(jié)。在 70 年代以后，微處理器的出現(xiàn)，可以通過用處理器、d/a和 a/d，硬件和軟件使波形發(fā)生器的功能變大，從而產(chǎn)生更加復(fù)雜的波形。這個時期的波形發(fā)生器大多數(shù)以軟件為主，它的實質(zhì)就是采用微處理器對 dac的程序控制，就能夠得到各種簡單的波形。90 年代末，出現(xiàn)幾種真正高價格、高性能的波形發(fā)生器、但是hp公司推出了型號為 hp770s的信號模擬裝置系統(tǒng)，它是由 hp1776a波形發(fā)生軟件和hp8770a任意波形數(shù)字化組成

15、。實際上hp8770a也僅可以產(chǎn)生8 種波形，而且價格十分昂貴。不久以后，lecroy 公司生產(chǎn)的型號為9100 的任意波形發(fā)生器，analogic公司推出了型號為 data-2020的多波形合成器等。 到了二十一世紀，隨著集成電路技術(shù)的高速發(fā)展，出現(xiàn)了很多種工作頻率可以超過 ghz 的dds 芯片，同時也推動了函數(shù)波形發(fā)生器的發(fā)展，在2003 年，agilent的產(chǎn)品 33220a就能夠產(chǎn)生 17 種波形，最高頻率可達到 20m，在2005 年，產(chǎn)品n6030a 已經(jīng)能夠產(chǎn)生高達 500mhz 的頻率，采樣的頻率可以達到 1.25ghz。第2章 系統(tǒng)方案設(shè)計本系統(tǒng)以stc89c52單片機為控

16、制核心，對系統(tǒng)進行初始化，主要完成對鍵盤的響應(yīng)、液晶的顯示、ad9834頻率和波形的設(shè)定等功能的控制，起到總控和協(xié)調(diào)各模塊之間工作的作用。圖2-1系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖本系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖2-1所示，本設(shè)計可分為以下模塊：單片機主控模塊、鍵盤模塊、dds模塊、液晶模塊、增益可控模塊。下面對各個模塊的設(shè)計方案逐一進行論證分析。第2.1節(jié) 單片機主控模塊stc89c52是一種帶8k字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲器（fperom-flash programmable and erasable read only memory ）的低電壓，高性能cmos 8位微處理器，俗稱單片機。在單芯片上，擁有靈巧的8 位cpu 和

17、在系統(tǒng)可編程flash，使得stc89c52為眾多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高靈活、超有效的解決方案。stc89c52有40個引腳，4個8位并行i/o口，1個全雙工異步串行口，同時內(nèi)含5個中斷源，2個優(yōu)先級，2個16位定時/計數(shù)器。stc89c52的存儲器系統(tǒng)由4k的程序存儲器(掩膜rom)，和128b的數(shù)據(jù)存儲器(ram)組成。它的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖2-2所示：圖2-2 單片機內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖stc89c52具有以下標準功能： 8k字節(jié)flash，512字節(jié)ram， 32 位i/o 口線，看門狗定時器，內(nèi)置4kb eeprom，max810復(fù)位電路，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

18、工串行口。另外 stc89052 可以降到0hz 靜態(tài)邏輯操作，它支持2種軟件也可以選擇節(jié)電模式。在空閑模式下，cpu 停止工作，允許ram、串口、定時器/計數(shù)器、中斷繼續(xù)工作。2.1.1. stc89c52單片機主要特性1、 一個8 位的微處理器(cpu)。2、片內(nèi)程序存儲器rom(4kb)，用以存放一些原始數(shù)據(jù)、程序和表格。但也有一些單片機內(nèi)部不帶rom/eprom，如8031，8032，80c31 等。3、片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲器ram(128b)，用以存放可以讀寫的數(shù)據(jù)，如運算的中間結(jié)果、最終結(jié)果以及顯示的數(shù)據(jù)等，sst89 系列單片機最多提供1k 的ram。目前單片機的發(fā)展趨勢是將ram 和r

19、om 都集成在單片機里面，這樣既方便了用戶進行設(shè)計又提高了系統(tǒng)的抗干擾性。sst 公司推出的89 系列單片機分別集成了16k、32k、64k flash 存儲器，可供用戶根據(jù)需要選用。4、兩個定時器計數(shù)器，每個定時器計數(shù)器都可以設(shè)置成計數(shù)方式，用以對外部事件進行計數(shù)，也可以設(shè)置成定時方式，并可以根據(jù)計數(shù)或定時的結(jié)果實現(xiàn)計算機控制。為方便設(shè)計串行通信，目前的52 系列單片機都會提供3個16 位定時器/計數(shù)器。5、四個8 位并行io 接口p0p3，每個接口既可以用作輸入，也可以用作輸出。6、一個全雙工uart(通用異步接收發(fā)送器)的串行io 口，用于實現(xiàn)單片機之間或單機與微機之間的串行通信。7、片

20、內(nèi)振蕩器和時鐘產(chǎn)生電路，但石英晶體和微調(diào)電容需要外接。最高允許振蕩頻率為12mhz。sst89v58rd 最高允許振蕩頻率達40mhz，因而大大的提高了指令的執(zhí)行速度。8、五個中斷源的中斷控制系統(tǒng)。現(xiàn)在新推出的單片機都不只5個中斷源，例如sst89e58rd 就有9個中斷源。2.1.2. stc89c52的引腳圖如圖2-3所示：圖2-3 stc89c52的引腳圖stc89c52部分引腳說明：時鐘電路引腳xtal1 和xtal2：xtal1(19 腳)：接外部晶體和微調(diào)電容的另一端；在片內(nèi)它是振蕩電路反相放大器的輸入端。在采用外部時鐘時，該引腳必須接地。xtal2(18 腳)：接外部晶體和微調(diào)電

21、容的一端；在8051 片內(nèi)它是振蕩電路反相放大器的輸出端，振蕩電路的頻率就是晶體固有頻率。若需采用外部時鐘電路時，該引腳輸入外部時鐘脈沖。要檢查8051/8031 的振蕩電路是否正常工作，可用示波器查看xtal2 端是否有脈沖信號輸出?？刂菩盘栆_rst,psen,ale 和ea：rst/vpd(9 腳)：rst 是復(fù)位信號輸入端，高電平有效。當此輸入保持備用電源的輸入端。當主電源vcc 發(fā)生故障，降低到低電平規(guī)定值時，將5v 電源自動兩個機器周期(24個時鐘振蕩周期)的高電平時，就可以完成復(fù)位操作。rst 引腳的第二功能是vpd,即接入rst 端，為ram 提供備用電源，以保證存儲在ram

22、中的信息不丟失，從而合復(fù)位后能繼續(xù)正常運行。psen(29 腳)：程序存儲允許輸出信號端。在訪問片外程序存儲器時，此端定時輸出負脈沖作為讀片外存儲器的選通信號。此引腳接eprom 的oe 端。psen 端有效，即允許讀出epromrom 中的指令碼。psen 端同樣可驅(qū)動8個ls 型ttl 負載。要檢查一個8051/8031 小系統(tǒng)上電后cpu 能否正常到epromrom 中讀取指令碼，也可用示波器看psen 端有無脈沖輸出。如有則說明基本上工作正常。ale/prog(30 腳)：地址鎖存允許信號端。當8051上電正常工作后，ale 引腳不斷向外輸出正脈沖信號，此頻率為振蕩器頻率f的1/6。c

23、pu 訪問片外存儲器時，ale 輸出信號作為鎖存低8 位地址的控制信號。平時不訪問片外存儲器時，ale 端也以振蕩頻率的1/6 固定輸出正脈沖，因而ale 信號可以用作對外輸出時鐘或定時信號。如果想確定8051/8031 芯片的好壞，可用示波器查看ale端是否有脈沖信號輸出。如有脈沖信號輸出，則8051/8031 基本上是好的。ale 端的負載驅(qū)動能力為8個ls 型ttl(低功耗甚高速ttl)負載。此引腳的第二功能prog 在對片內(nèi)帶有4kb eprom 的8751 編程寫入(固化程序)時，作為編程脈沖輸入端。ea/vpp(31 腳)：外部程序存儲器地址允許輸入端/固化編程電壓輸入端。當ea

24、引腳接高電平時，cpu只訪問片內(nèi)eprom/rom并執(zhí)行內(nèi)部程序存儲器中的指令，但當pc(程序計數(shù)器)的值超過0fffh(對8751/8051 為4k)時，將自動轉(zhuǎn)去執(zhí)行片外程序存儲器內(nèi)的程序。當輸入信號ea 引腳接低電平(接地)時，cpu 只訪問外部eprom/rom 并執(zhí)行外部程序存儲器中的指令，而不管是否有片內(nèi)程序存儲器。對于無片內(nèi)rom 的8031 或8032,需外擴eprom，此時必須將ea 引腳接地。此引腳的第二功能是vpp是對8751 片內(nèi)eprom固化編程時，作為施加較高編程電壓(一般12v21v)的輸入端。輸入/輸出端口p0/p1/p2/p3：p0口(p0.0p0.7，393

25、2 腳)：p0口是一個漏極開路的8 位準雙向i/o口。作為漏極開路的輸出端口，每位能驅(qū)動8個ls 型ttl 負載。當p0 口作為輸入口使用時，應(yīng)先向口鎖存器(地址80h)寫入全1,此時p0 口的全部引腳浮空，可作為高阻抗輸入。作輸入口使用時要先寫1,這就是準雙向口的含義。在cpu 訪問片外存儲器時，p0口分時提供低8 位地址和8 位數(shù)據(jù)的復(fù)用總線。在此期間，p0口內(nèi)部上拉電阻有效。p1口(p1.0p1.7，18 腳)：p1口是一個帶內(nèi)部上拉電阻的8 位準雙向i/o口。p1口每位能驅(qū)動4個ls 型ttl 負載。在p1口作為輸入口使用時，應(yīng)先向p1口鎖存地址(90h)寫入全1,此時p1口引腳由內(nèi)部

26、上拉電阻拉成高電平。p2口(p2.0p2.7，2128 腳)：p2口是一個帶內(nèi)部上拉電阻的8 位準雙向i/o口。p口每位能驅(qū)動4個ls 型ttl 負載。在訪問片外eprom/ram 時，它輸出高8 位地址。p3口(p3.0p3.7，1017 腳)：p3口是一個帶內(nèi)部上拉電阻的8 位準雙向i/o口。p3口每位能驅(qū)動4個ls型ttl負載。p3口與其它i/o 端口有很大的區(qū)別，它的每個引腳都有第二功能，如下：p3.0：(rxd)串行數(shù)據(jù)接收p3.1：(rxd)串行數(shù)據(jù)發(fā)送p3.2：(int0#)外部中斷0輸入p3.3：(int1#)外部中斷1輸入p3.4：(t0)定時/計數(shù)器0的外部計數(shù)輸入p3.5

27、：(t1)定時/計數(shù)器1的外部計數(shù)輸入p3.6：(wr#)外部數(shù)據(jù)存儲器寫選通p3.7：(rd#)外部數(shù)據(jù)存儲器讀選通2.1.3. stc89c52單片機的中斷系統(tǒng)stc89c52系列單片機的中斷系統(tǒng)有5個中斷源，2個優(yōu)先級，可以實現(xiàn)二級中斷服務(wù)嵌套。由片內(nèi)特殊功能寄存器中的中斷允許寄存器ie控制cpu是否響應(yīng)中斷請求；由中斷優(yōu)先級寄存器ip安排各中斷源的優(yōu)先級；同一優(yōu)先級內(nèi)各中斷同時提出中斷請求時，由內(nèi)部的查詢邏輯確定其響應(yīng)次序。2.1.4. stc89c52單片機的定時/計數(shù)器在單片機應(yīng)用系統(tǒng)中，常常會有定時控制需求，如定時輸出、定時檢測、定時掃描等；也經(jīng)常要對外部事件進行計數(shù)。89c52

28、單片機內(nèi)集成有兩個可編程的定時/計數(shù)器：t0和t1，它們既可以工作于定時模式，也可以工作于外部事件計數(shù)模式，此外，t1還可以作為串行口的波特率發(fā)生器。第2.2節(jié) 液晶模塊液晶顯示器(lcd)英文全稱為liquid crystal display，它一種是采用了液晶控制透光度技術(shù)來實現(xiàn)色彩的顯示器。和crt顯示器相比，lcd的優(yōu)點是很明顯的。由于通過控制是否透光來控制亮和暗，當色彩不變時，液晶也保持不變，這樣就無須考慮刷新率的問題。顯示接口用來顯示系統(tǒng)的狀態(tài)，命令或采集的電壓數(shù)據(jù)。本系統(tǒng)顯示部分用的是lcd液晶模塊，采用一個161的字符型液晶顯示模塊。lcd1602液晶模塊采用hd44780控制

29、器，hd44780具有簡單而功能較強的指令集，可以實現(xiàn)字符移動，閃爍等功能，lm016l與單片機mcu通訊可采用8位或4位并行傳輸兩種方式，hd44780控制器由兩個8位寄存器，指令寄存器（ir）和數(shù)據(jù)寄存器（dr）忙標志（bf），顯示數(shù)ram（ddram），字符發(fā)生器rom（cgorom）字符發(fā)生器ram（cgram），地址計數(shù)器ram(ac)。ir用于寄存指令碼，只能寫入不能讀出，dr用于寄存數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)由內(nèi)部操作自動寫入ddram和cgram,或者暫存從ddram和cgram讀出的數(shù)據(jù)，bf為1時，液晶模塊處于內(nèi)部模式，不響應(yīng)外部操作指令和接受數(shù)據(jù)，ddtam用來存儲顯示的字符，能存儲80

30、個字符碼，cgrom由8位字符碼生成5*7點陣字符160中和5*10點陣字符32種. lcd1602液晶模塊的引腳圖如圖2-4所示：圖2-4 lcd1602引腳圖lcd1602引腳介紹：vss（1腳）：一般接地。vdd（2腳）：接電源。vee（3腳）：液晶顯示器對比度調(diào)整端，接電源時對比度最弱，接地時對比度最高（對比度過高時會產(chǎn)生“鬼影”，使用時可以通過一個10k的電位器調(diào)整對比度）。rs（4腳）：rs為寄存器選擇，高電平1時選擇數(shù)據(jù)寄存器、低電平0時選擇指令寄存器。r/w（5腳）：r/w為讀寫信號線，高電平(1)時進行讀操作，低電平(0)時進行寫操作。e（6腳）：e(或en)端為使能(ena

31、ble)端，下降沿使能。db0（7腳）：低4位三態(tài)、 雙向數(shù)據(jù)總線 0位（最低位）db1（8腳）：低4位三態(tài)、 雙向數(shù)據(jù)總線 1位db2（9腳）：低4位三態(tài)、 雙向數(shù)據(jù)總線 2位db3（10腳）：低4位三態(tài)、 雙向數(shù)據(jù)總線 3位db4（11腳）：高4位三態(tài)、 雙向數(shù)據(jù)總線 4位db5（12腳）：高4位三態(tài)、 雙向數(shù)據(jù)總線 5位db6（13腳）：高4位三態(tài)、 雙向數(shù)據(jù)總線 6位db7（14腳）：高4位三態(tài)、 雙向數(shù)據(jù)總線 7位（最高位）寄存器選擇控制如表2-1：表2-1 寄存器選擇控制rsr/w操作說明00寫入指令寄存器（清除屏等）01讀busy flag（db7）以及讀取位地址計數(shù)器（db0d

32、b6）值10寫入數(shù)據(jù)寄存器（顯示各字型等）11從數(shù)據(jù)寄存器讀取數(shù)據(jù)第2.3節(jié) dds模塊2.3.1. dds技術(shù)簡介直接數(shù)字合成技術(shù)是美國學者于1971年提出的，即以全數(shù)字技術(shù)，從相位概念出發(fā)直接合成所需波形的一中新的頻率合成原理，稱之為直接數(shù)字頻率合成器(direct digital synthesis)。它的基本原理就是利用采樣原理，通過查表法產(chǎn)生波形。但是限于當時微電子技術(shù)和數(shù)字信號處理技術(shù)的限制，dds并沒有被足夠的重視，隨著現(xiàn)代超大規(guī)模集成電路的高速發(fā)展，使數(shù)字頻率合成技術(shù)得到了質(zhì)的飛躍，它在頻率轉(zhuǎn)換時間、相位連續(xù)性、相對帶寬、高分辨率、正交輸出以及集成化等一系列性能指標方面，已經(jīng)遠

33、超過了傳統(tǒng)的頻率合成技術(shù)所能達到的水平。但是由于dds數(shù)字化實現(xiàn)的固有特點，決定了其輸出頻譜雜散較大。從20世紀80年代末，通過深入的研究認識了dds雜散的原因及其分布規(guī)律后，對dds相位累加器進行了改進，rom數(shù)據(jù)進行了壓縮，使用了抖動注入技術(shù)以及對dds系統(tǒng)結(jié)構(gòu)和工藝結(jié)構(gòu)進行了改進。dds技術(shù)建立在采樣定理的基礎(chǔ)上，它首先對需要產(chǎn)生的信號波形進行采樣和量化，然后存入存儲器作為待產(chǎn)生信號波形的數(shù)據(jù)表。輸出信號波形時，電路在一個高穩(wěn)定時鐘控制下從數(shù)據(jù)表中依次讀出信號波形的數(shù)據(jù)，產(chǎn)生過數(shù)字化的信號，這個信號再通過dac轉(zhuǎn)換成所需的模擬信號波形。具體原理框圖如圖2-5所示。它的核心是相位累加器，由

34、n位加法器與n位相位寄存器構(gòu)成，類似一個簡單的計數(shù)器。加法器將頻率控制字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。這樣，相位累加器在時鐘作用下，不斷對頻率控制字進行線性相位累加。由此可以看出，相位累加器輸出的數(shù)據(jù)就是合成信號的相位，相位累加器的溢出頻率就是dds輸出的信號頻率。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，通過d/a變換器把數(shù)字量變成模擬量，再經(jīng)過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。在參考頻率為s的情況下，dds系統(tǒng)輸出信號的頻率0

35、為： （2-1）輸出信號的頻率分辨率0為： （2-2） 圖2-5 dds技術(shù)的原理框圖2.3.2. ad9834的簡介ad9834是一款能產(chǎn)生高質(zhì)量正弦波和三角波的低功耗dds芯片。它內(nèi)部載有比較器能產(chǎn)生方波用來產(chǎn)生脈沖信號。ad9834在3v時只有20mw的功耗，對功耗要求高的來說是一個較好的選擇。提供了相位調(diào)制和脈沖調(diào)制的功能。有28位的頻率寄存器；75mhz的時鐘頻率，分辨率為0.28hz，1mhz時為0.004hz。頻率和相位調(diào)制由存儲寄存器決定，可以通過軟件或是通過fselect和pselect兩個管腳操作串行口或修改存儲器。ad9834用三個串口寫入數(shù)據(jù)。串口的操作時鐘頻率最高達到

36、40mhz，并且有dsp和微控制器標準兼容。其引腳圖2-6如下：圖2-6 ad9834引腳圖ad9834各個引腳定義及功能說明：fs adjust（1腳）：全面調(diào)控。在此腳與agnd有個電阻rset。這決定了整個da轉(zhuǎn)換的電流的幅度。電流和rset的關(guān)系：ioutfullscale=18*fsadjust/rsetfsadjust=1.15v(額定),rest=6.8 k(典型值)refout（2腳）：輸出參考電壓。芯片內(nèi)已有一個1.2v的電壓參考值comp（3腳）：da轉(zhuǎn)換偏壓。用來耦合偏置電壓avdd（4腳）：模擬部分正極電源。范圍2.3v5.5v，在avdd和agnd之間應(yīng)加一個0.1u

37、f的去耦電容。dvdd（5腳）：數(shù)字部分正極電源。cap/2.5v（6腳）：數(shù)字電路運行在2.5v下。此電源產(chǎn)生于dvdd，用的是板上調(diào)節(jié)器。這個調(diào)節(jié)器需要一個100nf的去耦電容，接在此腳和dgnd間，如果dvdd=2.7v，那么此引腳應(yīng)與dvdd短接。dgnd（7腳）：數(shù)字的接地。mclk（8腳）：數(shù)字時鐘輸入端。dds輸出地頻率表述為主時鐘頻率的二進制小數(shù)形式。此輸出地頻率精確度和相位噪聲由這個時鐘決定。fselect（9腳）：頻率選擇輸入端。fselect控制頻率寄存器，freq0、freq1，這用在相位累加器。要用的頻率寄存器可以由fselect或fsel位來選擇。當fsel位選擇頻

38、率寄存器時，則fselect接于coms 的高或低。pselect（10腳）：相位選擇輸入端，pselect控制相位寄存器,phase0/phase1,增加到相位累加器的輸出，要用相位寄存器時可由fselect腳或psel位來選擇，當由fsel位控制時，fselect腳應(yīng)接在cmos的高或低。reset（11腳）：激活高數(shù)字輸入端。此引腳復(fù)位相應(yīng)的內(nèi)部寄存器置0，這相當于部分模擬輸出。reset不會影響地址存儲器。sleep（12腳）：激活高位數(shù)字輸入端，當此引腳置高，da轉(zhuǎn)換關(guān)閉。此引腳一樣有控制sleep12位的功能。sdata（13腳）：數(shù)據(jù)串口輸入端。16位數(shù)據(jù)由此輸入。sclk（14

39、腳）：串行時鐘輸入。sclk的每個下降沿就將一位輸入ad9834。fsync（15腳）：激活地位控制輸入端。此為輸入數(shù)據(jù)的幀同步信號。當fsync拉低，內(nèi)部邏輯電路就會告知芯片一位新的字節(jié)進入了。sign bit out（16腳）：邏輯輸出。此引腳可以輸出比較器的輸出，也可輸出來自nco的msb，在寄存器置位popbiten可以使能此腳，dign/pib為決定是比較器輸出還是來自nco的msb輸出。vin（17腳）：比較器輸入端。比較器能夠由正弦波da轉(zhuǎn)換的輸出產(chǎn)生方波。在接入比較器之前da的輸出應(yīng)適當濾波以減小抖動。當置位opbiten和sign/pib寄存器以置1，比較器輸入接vinagn

40、d（18腳）：模擬的接地。iout（19腳），ioutb（20腳）：電流輸出。這是一個高阻抗電流源。像200電阻接于iout和agnd之間。ioutb應(yīng)該在agnd之間接200的外部電阻，也可直接接agnd，建議在agnd間接一個20pf電容防止時鐘饋通。第3章 硬件電路的設(shè)計硬件電路主要包括單片機主控電路，液晶顯示電路，ad9834電路，按鍵電路，增益可控電路。第3.1節(jié) 單片機主控電路及液晶顯示電路用stc89c52的p2口作為數(shù)據(jù)線，用p3.2、p3.1、p3.0分別作為lcd的e、r/w、rs。其中e是下降沿觸發(fā)的片選信號，r/w是讀寫信號，rs是寄存器選擇信號本模塊設(shè)計要點如下：顯示

41、模塊初始化：首先清屏，再設(shè)置接口數(shù)據(jù)位為8位，顯示行數(shù)為1行，字型為57點陣，然后設(shè)置為整體顯示，取消光標和字體閃爍,最后設(shè)置為正向增量方式且不移位。向lcd的顯示緩沖區(qū)中送字符，程序中采用2個字符數(shù)組，一個顯示字符，另一個顯示電壓數(shù)據(jù)，要顯示的字符或數(shù)據(jù)被送到相應(yīng)的數(shù)組中，完成后再統(tǒng)一顯示.首先取一個要顯示的字符或數(shù)據(jù)送到lcd的顯示緩沖區(qū)，程序延時2.5ms,判斷是否夠顯示的個數(shù)，不夠則地址加一取下一個要顯示的字符或數(shù)據(jù)。lcd1602與stc89c52的接口電路圖如下圖3-1所示：圖3-1 lcd1602與stc89c52的接口電路圖第3.2節(jié) ad9834電路ad9834電路設(shè)計的時候

42、要注意好，以便模擬和數(shù)字部分能分離固定在板子的確定部分，這可以使接地面便利的分離開。最小的刻板技術(shù)一般對接地面很好，因為它給接地面很好的防護。數(shù)字信號和模擬信號的地只需接在一個地方。如果ad9834是單個設(shè)備需要agnd和dgnd連接，板上的地面應(yīng)該在ad9834的agnd和dgnd腳連接如果ad9834在一個系統(tǒng)中復(fù)雜的設(shè)備要agnd和dgnd連接，連接應(yīng)該在一個點上，盡可能在ad9834附近建立一個中性點。ad9834電路設(shè)計圖如圖3-2所示：圖3-2 ad9834電路的電路圖第3.3節(jié) 按鍵電路圖3-3按鍵電路的電路圖按鍵電路設(shè)計圖如上圖3-3所示。把單片機的p2.0p2.7端口通過8聯(lián)

43、撥動撥碼開關(guān)連接到“4*4行列式鍵盤”，其中p2.0-p2.3作為列線，p2.4-p2.7作為行線，系統(tǒng)首先通過cpu對全部鍵盤進行掃描，即把第一根行線置為“0”狀態(tài)，其余行線置于“1”狀態(tài)，讀入輸入緩沖器的狀態(tài)，若其狀態(tài)全為“1”表明該行無鍵按下，再將第二根行線置為“0”狀態(tài)，同樣讀入輸入緩沖器的狀態(tài)，如其狀態(tài)也全為“1”，則置第一根行線置為“0”狀態(tài)，以此類推。如讀入輸入緩沖器的狀態(tài)不全為“1”，確定哪一根列線為“0”狀態(tài)，當某個鍵的行線和列線都為“0”狀態(tài)時，表明該鍵按下。第3.4節(jié) 增益可控電路由于要使輸出幅度可調(diào)，因為在dds的輸出端加上了一個增益可變的放大器，由于使用的是單電源進行

44、供電，因此需要把信號先耦合到電源的中心點，設(shè)計中通過一個電位器改變運放反向端到地的阻抗從而改變增益，電路圖如圖3-4所示：圖3-4 增益可控模塊的電路圖第4章 系統(tǒng)軟件設(shè)計第4.1節(jié) keil軟件的介紹keil c51是美國keil software公司出品的51系列兼容單片機c語言軟件開發(fā)系統(tǒng)，與匯編相比，c語言在功能上、結(jié)構(gòu)性、可讀性、可維護性上有明顯的優(yōu)勢，因而易學易用。keil提供了包括c編譯器、宏匯編、連接器、庫管理和一個功能強大的仿真調(diào)試器等在內(nèi)的完整開發(fā)方案，通過一個集成開發(fā)環(huán)境（uvision）將這些部分組合在一起。運行keil軟件需要win98、nt、win2000、winx

45、p等操作系統(tǒng)。如果使用c語言編程，那么keil幾乎就是不二之選了，即使不使用c語言而僅用匯編語言編程，其方便易用的集成環(huán)境、強大的軟件仿真調(diào)試工具也會令你事半功倍。keil c51軟件提供豐富的庫函數(shù)和功能強大的集成開發(fā)調(diào)試工具，全windows界面。另外重要的一點，只要看一下編譯后生成的匯編代碼，就能體會到keil c51生成的目標代碼效率非常之高，多數(shù)語句生成的匯編代碼很緊湊，容易理解。在開發(fā)大型軟件時更能體現(xiàn)高級語言的優(yōu)勢。c51工具包的整體結(jié)構(gòu)，uvision與ishell分別是c51 for windows和for dos的集成開發(fā)環(huán)境(ide），可以完成編輯、編譯、連接、調(diào)試、仿真

46、等整個開發(fā)流程。開發(fā)人員可用ide本身或其它編輯器編輯c或匯編源文件。然后分別由c51及c51編譯器編譯生成目標文件（.obj）。目標文件可由lib51創(chuàng)建生成庫文件，也可以與庫文件一起經(jīng)l51連接定位生成絕對目標文件(.abs）。abs文件由oh51轉(zhuǎn)換成標準的hex文件，以供調(diào)試器dscope51或tscope51使用進行源代碼級調(diào)試，也可由仿真器使用直接對目標板進行調(diào)試，也可以直接寫入程序存貯器如eprom中。keil c51軟件的優(yōu)點有以下兩點： 1.keil c51生成的目標代碼效率非常之高，多數(shù)語句生成的匯編代碼很緊湊，容易理解。在開發(fā)大型軟件時更能體現(xiàn)高級語言的優(yōu)勢。 與匯編相比

47、，c語言在功能上、結(jié)構(gòu)性、可讀性、可維護性上有明顯的優(yōu)勢，因而易學易用。用過匯編語言后再使用c來開發(fā)，體會更加深刻。keil c51軟件提供豐富的庫函數(shù)和功能強大的集成開發(fā)調(diào)試工具，全windows界面。第4.2節(jié) 系統(tǒng)軟件的整體設(shè)計系統(tǒng)軟件由主程序和產(chǎn)生波形的子程序組成，軟件設(shè)計主要是產(chǎn)生各種波形的子程序的編程，通過編程可得到各種波形。周期的改變可采用插入延時子程序的方法來實現(xiàn)。主程序流程圖如圖4-1所示：圖4-1 主程序流程圖第4.3節(jié) 程序設(shè)計原理軟件任務(wù)分析和硬件電路設(shè)計結(jié)合進行，哪些功能由硬件完成，哪些任務(wù)由軟件完成，在硬件電路設(shè)計基本定型后，也就基本上決定下來了。軟件任務(wù)分析環(huán)節(jié)是

48、為軟件設(shè)計做一個總體的規(guī)劃。從軟件的功能來看可分為兩大類：一類是執(zhí)行軟件，它能完成各種實質(zhì)性的功能，如測量、顯示、計算、打印、通信和輸出控制等，另一類是監(jiān)控軟件，它是專門用來協(xié)調(diào)各執(zhí)行模塊與操作者之間的關(guān)系的，在系統(tǒng)軟件中充當組織調(diào)度角色。這兩類軟件的設(shè)計方法各有特色，執(zhí)行軟件的設(shè)計偏重算法效率，與硬件關(guān)系密切，千變?nèi)f化。軟件任務(wù)分析時，應(yīng)先將各執(zhí)行模塊一一列出，并為每一個執(zhí)行模塊進行功能定義和接口定義（輸入輸出定義）。在各執(zhí)行模塊進行定義時，將要牽扯到的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和數(shù)據(jù)類型問題也一并規(guī)劃好。各執(zhí)行模塊規(guī)劃好后，就可以監(jiān)控程序了。首先根據(jù)系統(tǒng)功能和鍵盤設(shè)置選擇一種最適合的監(jiān)控程序結(jié)構(gòu)。相對來講，

49、執(zhí)行模塊任務(wù)明確單純，比較容易編程，而監(jiān)控程序較易出問題。這如同當一名操作工人比較容易，而當一個廠長就比較難了。軟件任務(wù)分析的另一個內(nèi)容是如何安排各個執(zhí)行模塊和監(jiān)控軟件。整個系統(tǒng)軟件可分為前臺程序和后臺程序（背景程序）。前臺程序安排一些實時性要求較高的內(nèi)容，如定時系統(tǒng)和外部中斷（如掉電中斷）；而后臺程序指主程序及其調(diào)用的子程序，這類程序?qū)崟r性要求不是太高，延誤幾十ms甚至幾百ms也沒關(guān)系，所以通常將監(jiān)控程序（鍵盤解釋程序），打印程序和顯示程序等，與操作者打交道的程序放在后臺程序中執(zhí)行。不過也可以將全部程序均安排在前臺，后臺程序為“使系統(tǒng)進入睡眠狀態(tài)”，以利于系統(tǒng)節(jié)電和抗干擾。第4.4節(jié) 信號

50、產(chǎn)生的程序ad9834通過時序控制產(chǎn)生信號，產(chǎn)生波形的程序如下：void ad9834(unsigned char type,unsigned long freq,unsigned int phase)unsigned int phaseword;unsigned long freqword=(unsigned long)(freq * 3.57913941333 + 0.5); /228/75000000=5.36870912unsigned int lsb = (freqword % 0x4000) + 0x4000; /低14位 unsigned int msb = (freqword

51、/ 0x4000) + 0x4000; /高14位 switch(type) case 0: writedat(0x2038); /正弦波 break; case 1: writedat(0x2002); /三角波 break; case 2: writedat(0x2020); /方波,0x2080輸出msb,0x2020輸出msb/2 break; writedat(lsb); /寫freq0 reg 的lsb writedat(msb); /寫freq0 reg 的msb phaseword = (unsigned int)(phase % 360 * 2048 / 3.1415926

52、+ 0.5);writedat(0xc000 + phaseword);#ifndef _ad9834_h_#define _ad9834_h_#includesbit ad9834_sync=p25; sbit ad9834_sclk=p26; sbit ad9834_din=p27; void ad9834(unsigned char type,unsigned long freq,unsigned int phase);#endif第5章 系統(tǒng)調(diào)試第5.1節(jié) 硬件調(diào)試信號發(fā)生器系統(tǒng)的電路較大，對于焊接方面更是不可輕視，龐大的電路系統(tǒng)中只要出現(xiàn)一處的錯誤，則會對檢測造成很大的不便，而且電路

53、的交線較多，對于各種鋒利的引腳要注意處理，否則會刺破帶有包皮的導(dǎo)線，則會對電路造成短路現(xiàn)象。在本波形發(fā)生器的設(shè)計調(diào)試中遇到了很多的問題。回想這些問題只要認真多思考都是可以避免的，以下為主要的問題：最開始的時候ad9834編寫程序驅(qū)動后沒有輸出波形解決：經(jīng)過查找相關(guān)資料，知道ad9834最大支持的時鐘頻率是75mhz，而我使用的是100mhz的晶振，后來換成75mhz便成功輸出。第5.2節(jié) 軟件調(diào)試信號發(fā)生器是多功能的數(shù)字型系統(tǒng)，所以對于它的程序也較為復(fù)雜,所以在編寫程序和調(diào)試時出現(xiàn)了相對較多的問題。最后經(jīng)過多次的模塊子程序的修改，一步一步的完成，最終解決了軟件。在軟件的調(diào)試過程中主要遇到的問題

54、如下：1燒入程序后，lcd液晶顯示閃動,而且亮度不均勻。解決：首先對調(diào)用的延時進行逐漸修改，可以解決顯示閃動問題。其次，由于本作品是使用動態(tài)掃描方式顯示的數(shù)字，動態(tài)掃描很快，人的肉眼是無法看出,但是調(diào)用的顯示程序時，如果不在返回時屏蔽掉最后的附值，則會出現(xiàn)很亮的現(xiàn)象，所以在顯示的后面加了屏蔽子令，最后解決了此問題。2當用戶按下按鍵的時候，單片機讀取的數(shù)值跟設(shè)定的數(shù)值不對。解決：重新檢查矩陣鍵盤電路的連接，重新建立一個新的對應(yīng)關(guān)系。第5.3節(jié) 調(diào)試結(jié)果在測試中遇到lcd液晶為不顯示時,首先使用試測儀對電路進行測試,觀察是否存在漏焊,虛焊,或者元件損壞. 經(jīng)過一系列的問題查找后系統(tǒng)最終能正常工作，

55、并完成了波形發(fā)生器的基本功能。不同頻率時產(chǎn)生的波形如下圖所示。頻率為10hz時的方波波形如圖5-1所示：圖5-1 頻率為10hz時的方波波形頻率為10hz時的三角波波形如圖5-2所示：圖5-2 頻率為10hz時的三角波波形頻率為10hz時的正弦波波形如圖5-3所示：圖5-3 頻率為10hz時的正弦波波形頻率為1khz時的方波波形如圖5-4所示：圖5-4 頻率為1khz時的方波波形頻率為1khz時的三角波波形如圖5-5所示：圖5-5 頻率為1khz時的三角波波形頻率為500khz時的正弦波波形如圖5-6所示：圖5-6 頻率為1khz時的正弦波波形頻率為1mhz時的方波波形如圖5-7所示：圖5-7

56、 頻率為1mhz時的方波波形頻率為1mhz時的三角波波形如圖5-8所示：圖5-8 頻率為1mhz時的三角波波形頻率為1mhz時的正弦波波形如圖5-9所示：圖5-9 頻率為1mhz時的正弦波波形結(jié)論通過這次畢業(yè)設(shè)計，我學到了不少課本上沒有的知識，也鍛煉了自己的動手能力，將以前學過的零散的知識串到一起。經(jīng)過我長時間的設(shè)計及調(diào)試，本系統(tǒng)基本能實現(xiàn)波形發(fā)生器的所有功能。不足之處有：1.硬件的穩(wěn)定性有待進一步提高2.系統(tǒng)人性化還不足。我的綜合設(shè)計主要涉及硬件和軟件兩方面的內(nèi)容，通過這些我的硬件和軟件開發(fā)能力都獲得了提高。首先硬件方面，基本了解了電子產(chǎn)品的開發(fā)流程和所要做的工作。基本掌握了protel99se原理圖的方法，并設(shè)計了一個單片機最小系統(tǒng)。通過開發(fā)板的設(shè)計和硬件搭建的過程，使我對51系單片機的接口有了更深層次的理解，熟悉了一些單片機常用的外圍電路引腳和連接方法，如lcd液晶，鍵盤等。并且我學會了分析問題解決問題的能力，加深了