基于AD9850的信號發(fā)生器的設(shè)計畢業(yè)設(shè)計論文

1、摘要本設(shè)計使用51單片機對dds芯片進行控制，利用dds造波的方法產(chǎn)生需要的正弦信號，用戶可以根據(jù)需要對芯片設(shè)定一個頻率值或相位值，通過單片機傳輸芯片控制字對芯片輸出的頻率和相位進行調(diào)節(jié)，達到用戶所需要的信號，本設(shè)計采用模塊化設(shè)計的方法，不同的模塊為實現(xiàn)不同的功能而設(shè)計，總體由單片機控制協(xié)調(diào)工作。利用51單片機控制dds芯片造波，具有如下優(yōu)越性：1，造價低廉，51單片機應(yīng)用廣泛，價格低廉，比較容易購買，dds芯片價格較單片機稍高，但與價格成百上千的成品信號發(fā)生器相比，本設(shè)計經(jīng)濟優(yōu)勢顯著，2，電路簡單，本設(shè)計利用單片機進行數(shù)字化控制，外圍元件較少。3，頻率控制準(zhǔn)確高效，數(shù)字化控制的最大優(yōu)點即控制

2、準(zhǔn)確，分辨率高，響應(yīng)快。關(guān)鍵詞：dds 51單片機 數(shù)字控制目錄摘要i目錄ii緒論- 1 -第一章 工作原理- 2 -1.1 dds工作原理- 2 -第二章 電路設(shè)計- 3 -2.1設(shè)計思路- 3 -2.2 元件選型- 3 -2.3 系統(tǒng)總體框圖- 3 -第三章 元器件介紹- 4 -3.1 stc89c52rc單片機- 4 -3.2 ad9850芯片- 5 -3.3 液晶（lcd1602）介紹- 7 -第四章 調(diào)試- 8 -4.1 硬件調(diào)試- 8 -4.2 軟件調(diào)試- 12 -緒論 信號發(fā)生器使一種能產(chǎn)生所需要信號的一種儀器。首先，信號發(fā)生器可以分為通用和專用兩大類，專用信號發(fā)生器主要是為了某

3、種特殊的測量目的而研制的，如電視信號發(fā)生器、編碼信號發(fā)生器等。其次，信號發(fā)生器按輸出波形又可分為正弦波形發(fā)生器、脈沖信號發(fā)生器、函數(shù)發(fā)生器等。再次，按其產(chǎn)生頻率的方法又可分為諧振法和合成法兩種。一般傳統(tǒng)的信號發(fā)生器都采用諧振法，即用具有選擇性的回路來產(chǎn)生正弦振蕩，獲得所需的頻率。但也可以通過頻率合成法來獲得所需的頻率，利用頻率合成技術(shù)制成的信號發(fā)生器，通常被稱為合成信號發(fā)生器。 目前國內(nèi)生產(chǎn)的波形發(fā)生器大部分是利用分立元件及模擬集成電路構(gòu)成的轉(zhuǎn)換量程靠手動來實現(xiàn)，不僅體積大而且可靠性和準(zhǔn)確度很難進一步提高。第一章 工作原理1.1 dds工作原理直接數(shù)字頻率合成器的基本原理：dds是利用采樣定理

4、，根據(jù)相位間隔對正弦信號進行取樣、量化、編碼，然后存儲在eprom中構(gòu)成一個正弦查詢表，通過查表法產(chǎn)生波形，它是由參考時鐘、相位累加器、正弦查詢表和d/a轉(zhuǎn)換器組成。如下圖所示：圖1.1 直接數(shù)字頻率合成原理框圖相位累加器由n位加法器與n位累加寄存器級聯(lián)構(gòu)成。每來一個時鐘脈沖，n位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輸入端。累加寄存器一方面將在上一時鐘周期作用后所產(chǎn)生的新的相位數(shù)據(jù)反饋到加法器的輸入端，以使加法器在下一時鐘的作用下繼續(xù)與頻率控制數(shù)據(jù)相加；另一方面以相加后的結(jié)果形成正弦查詢表的地址，取出表中與該相位對應(yīng)的單元的幅度量化正弦函數(shù)值，

5、作為取樣地址值送入幅度/相位轉(zhuǎn)換電路。這樣就可把存儲在波形存儲器內(nèi)的波形抽樣值經(jīng)查表查處，完成相位到幅值轉(zhuǎn)換。波形存儲器的輸出送到d/a轉(zhuǎn)換器，d/a轉(zhuǎn)換器將數(shù)字量形式的波形幅值轉(zhuǎn)換幅值轉(zhuǎn)換成所要求合成頻率的模擬量形式信號。圖 1.2 相位累加器原理圖由此可以看出，相位累加器在每一個時鐘脈沖輸入時，把頻率控制字累加一次，相位累加器輸出的數(shù)據(jù)就是合成信號的相位。當(dāng)相位累加器加滿量時就會產(chǎn)生一次溢出，溢出頻率就是dds輸出的信號頻率。第二章 電路設(shè)計2.1設(shè)計思路 根據(jù)創(chuàng)新實驗設(shè)計要求，采用dds芯片實現(xiàn)設(shè)計內(nèi)容。本設(shè)計采用模塊化思想，即將不同功能器件分別做成不同模塊，以排線進行連接。根據(jù)功能要求

6、，共分為四大模塊：輸入模塊、輸出模塊、造波模塊和控制模塊。其中輸入模塊為矩陣鍵盤，輸出模塊為lcd1602液晶顯示屏?？刂颇K由單片機、晶振電路和復(fù)位電路以及電源開關(guān)、指示燈構(gòu)成單片機最小系統(tǒng)板，造波模塊是采用ad9850模塊產(chǎn)生波形。這四個模塊可以全部焊在同一個板子上。2.2 元件選型單片機選用stc公司生產(chǎn)的stc89c52rc單片機。dds芯片選用ad9850芯片，液晶選用lcd1602，矩陣鍵盤選用3*4矩陣鍵盤。2.3 系統(tǒng)總體框圖本系統(tǒng)結(jié)構(gòu)以單片機為核心，三大功能模塊為主干，總體框圖見下： 圖2.1 系統(tǒng)總體設(shè)計框圖2.4 主程序流程圖 圖2.2 主程序流程圖第三章 元器件介紹3.

7、1 stc89c52rc單片機 stc89c51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陶瓷諧振器一起構(gòu)成自激振蕩器。外接石英晶體及電容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、振蕩器的穩(wěn)定器、起振的難易程度及溫度穩(wěn)定性，這里選擇使用石英晶體，我們的電容使用30pf。單片機引腳圖如下： 圖3.1 51單片機管腳圖1. 主電源引腳(2根)vcc(pin40)：電源輸入，接+5v電源gnd(pin20)

8、：接地線2. 外接晶振引腳(2根)xtal1(pin19)：片內(nèi)振蕩電路的輸入端xtal2(pin18)：片內(nèi)振蕩電路的輸出端3. 控制引腳(4根)rst(pin9)：復(fù)位引腳，引腳上出現(xiàn)2個機器周期的高電平將使單片機復(fù)位。ale(pin30)：地址鎖存允許信號psen(pin29)：外部存儲器讀選通信號ea(pin31)：訪問程序存儲器的控制信號。當(dāng)為低電平是，對程序存儲器rom的讀操作限定在外部程序存儲器。如果為高電平，則從內(nèi)部程序存儲器中讀取指令。4. 可編程輸入/輸出引腳(32根)51單片機有四組8位的可編程i/o口，分別為p0、p1、p2、p3口，每個口有8位(8根引腳)，共32根，

9、每一根引腳都可以編程。p0口(pin3932)：8位雙向i/o口線，名稱為p0.0p0.7p1口(pin1pin8)：8位準(zhǔn)雙向i/o口線，名稱為p1.0p1.7p2口(pin21pin28)：8位準(zhǔn)雙向i/o口線，名稱為p2.0p2.7p3口(pin10pin17)：8位準(zhǔn)雙向i/o口線，名稱為p3.0p3.73.2 ad9850芯片ad9850是ad公司采用先進的dds技術(shù)與1996年推出的高集成度dds頻率合成器，它內(nèi)部包括可編程dds系統(tǒng)、高性能dac及高速比較器，能實現(xiàn)全數(shù)字編程控制的頻率合成器和時鐘發(fā)生器。接上精密時鐘源，ad9850可產(chǎn)生一個頻率純凈、頻率和相位都可編程控制的模擬

10、正弦波輸出。此正弦波可直接用作頻率信號源或轉(zhuǎn)化成方波用作時鐘輸出。ad9850采用先進的cmos工藝，其功耗在3.3v供電時僅為155mw，溫度范圍為-4085,如下圖為ad9850模塊的實物圖和各引腳介紹。ad9850內(nèi)含可編程dds系統(tǒng)和高速比較器，能實現(xiàn)全數(shù)字編程控制的頻率合成?？删幊蘢ds系統(tǒng)的核心是相位累加器，它由加法器和一個n位相位寄存器組成，每來一個外部參考時鐘，相位寄存器便以步長m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。正弦表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0°360°范圍的一個相位點，查詢表把輸入地址

11、的相位信息映射成正弦波幅度信號，然后驅(qū)動dac以輸出模擬量。圖3.2 ad9850實物圖clk：系統(tǒng)時鐘頻率輸出（125mhz）reset：控制dds內(nèi)部dac的輸出電流（當(dāng)需要控制輸出信號的幅度時，可以控制該腳的電壓值從而控制dds信號輸出的幅度）gnd：輸入電源地vdd：輸入電源正極（+5v）rst：ad9850復(fù)位端（高電平，對芯片進行操作前需將該腳置為高電平，復(fù)位完成后將其置為低電平rst_ad9850）fqup：數(shù)據(jù)更新位（串行/并行數(shù)據(jù)輸入時的輸入位fq_qd_ad9850）wclk：時鐘輸入端（串行/并行數(shù)據(jù)輸入時的輸入位clk_ad9850）d0：數(shù)據(jù)輸入端（并行輸入數(shù)據(jù)時的低

12、位） d1d6：數(shù)據(jù)輸入端d7：數(shù)據(jù)輸入端（并行輸入數(shù)據(jù)時的高位。當(dāng)進行串行送數(shù)據(jù)時，該位是串行的數(shù)據(jù)輸入位datain_ad9850）zout1，zout2：正弦波輸出端qout1，qout2：方波輸出端3.3 液晶（lcd1602）介紹液晶顯示器的主要原理是以電流刺激液晶分子產(chǎn)生點、線、面并配合背部燈管構(gòu)成畫面。不能顯示漢字的液晶命名規(guī)則是以點陣的列數(shù)和行數(shù)來命名的。如本設(shè)計使用的lcd1602的意思是每行顯示16個字符，共有2行?？梢诧@示漢字的液晶稱為圖形液晶，圖形液晶是以點陣的數(shù)目命名的，每個點都可以單獨控制。如12232代表該液晶有122行，32列的點陣。lcd1602內(nèi)置含128個

13、字符的ascii字符集字庫，顯示控制用ascii碼即可。實物圖和管腳說明如下： 圖3.3 液晶實物圖gnd: 接地vdd: 電源正極v0：液晶顯示對比度調(diào)節(jié)rs: 數(shù)據(jù)/命令選擇r/w: 讀/寫選擇e: 使能信號d0-d7:數(shù)據(jù)口bl1：背光電源正極bl2：背光電源負極第四章 調(diào)試4.1 硬件調(diào)試 將元器件按照電路原理圖焊接在一個模塊實驗板上。焊接完成后，接通電源。首先檢查各指示燈是否亮起，再用萬用表測量各vcc、gnd電平是否正常，然后用示波器檢查晶振電路是否啟振。仔細觸摸各個芯片，檢查有無過度發(fā)熱情況。一切檢查完成后，測試單片機復(fù)位電路是否工作良好。整體實物硬件電路圖如下： 圖4.1 整體實物圖連接示波器后，選取小、中、大三個頻率進行測