基于AD5的簡易信號發(fā)生器設計

1、第 1 頁 共 53 頁1 引言21.1 選題背景22 DDS概要32.1 DDS結構32.1.1 頻率預置與調節(jié)電路42.1.2累加器52.2.3 控制相位的加法器52.2.4 控制波形的加法器52.2.5 波形存儲器62.2.6 D/A轉換器62.2.7 低通濾波器62.2 DDS數學原理73 總體設計方案931系統設計原理932總體設計框圖94系統硬件模塊的組成104.1 鍵盤控制模塊104.2單片機控制模塊104.2.1 AT89S52主要性能114.2.2 AT89S52功能特性描述114.2.3 時鐘電路134.2.4復位電路134.3 LCD顯示模塊144.3.1 LCD1602

2、的主要性能1443.2 LCD1602與單機的連接154.4 AD9850 與單片機連接模塊164.4.1 AD9850簡介164.4.2 AD9850的控制字與控制時序1844.3單片機與AD9850的接口214.5.濾波電路設計225 軟件設計與調試2251 程序流程圖225.2軟件調試236 硬件電路制作246.1 電路實現的基本步驟246.2 原理圖的繪制246.3 印制線路板設計的主要問題25結論27謝 辭28參考文獻29附 錄301 引言1.1 選題背景在電子技術領域中，經常要用一些信號作為測量基準信號或輸入信號，也就是所謂的信號源。信號源有很多種，包括正弦波信號源、函數發(fā)生器、脈

3、沖發(fā)生器、掃描發(fā)生器、任意波形發(fā)生器、合成信號源等。作為電子系統必不可少的組成部分的信號源，在很大程度上決定了系統的性能，因而常稱之為電子系統的“心臟”。隨著電子技術的發(fā)展，對信號源的要求越來越高，要求其輸出頻率高達微波頻段甚至更高，頻率范圍從零Hz到幾GHz頻率分辨率達到mHz甚至更小，相應頻點數更多;頻率轉換時間達到ns級:頻譜純度越來越高。同時，對頻率合成器功耗、體積、重量等也有更高的要求。而傳統的信號源采用振蕩器，只能產生少數幾種波形，自動化程度較低，且儀器體積大、靈活性與準確度差。而現在要求信號源能產生波形的種類多、頻率高，而且還要體積小、可靠性高、操作靈活、使用方便及可由計算機控制

4、。所以要實現高性能的信號源，必須在技術手段上有新的突破。當今高性能的信號源均通過頻率合成技術來實現，隨著計算機、數字集成電路和微電子技術的發(fā)展，頻率合成技術有了新的突破,直接數字頻率合成技術(Direct Digital Synthesis DDS)，它是將先進的數字信號處理理論與方法引入到信號合成領域的一項新技術，它的出現為進一步提高信號的頻率穩(wěn)定度提供了新的解決方法。同時，隨著微電子技術的迅速發(fā)展，尤其是單片機技術的發(fā)展，智能儀器也有了新的進展，功能更加完善，性能也更加可靠，智能程度也不斷提高直接數字式頻率合成技術的出現導致了頻率合成領域的一次重大革命。直接數字頻率合成器問世之初，構成DD

5、S元器件的速度的限制和數字化引起的噪聲這兩個主要缺點阻礙了DDS的發(fā)展與實際應用。近幾年超高速數字電路的發(fā)展以及對DDS的深入研究，DDS的最高工作頻率以及噪聲性能已接近并達到鎖相頻率合成器相當的水平。隨著微電子技術的迅速發(fā)展，直接數字頻率合成器得到了飛速的發(fā)展，它以有別于其他頻率合成方法的優(yōu)越性能和特點成為現代頻率合成技術中的佼佼者。具體體現在相對帶寬寬、頻率轉換時間短、頻率分辨率高、輸出相位連續(xù)、可產生寬帶正交信號及其他多種調制信號、可編程和全數字化、控制靈活方便等方面，并具有極高的性價比?，F已廣泛應用于通訊、導航、雷達、遙控遙測、電子對抗以及現代化的儀器儀表工業(yè)等領域。信號發(fā)生器是一種常

6、用的信號源,廣泛應用于電子測量、自動控制和工程設計等領域。隨著電子技術的發(fā)展,對信號源頻率的穩(wěn)定度、準確度以及頻譜純度的要求越來越高。DDS(直接數字合成)技術是從相位概念出發(fā)直接合成所需波形的一種新的頻率合成技術,與傳統的模擬式波形產生法相比,它具有相位變換連續(xù)、頻率轉換速度快、分辨率高、穩(wěn)定度高、相位噪聲小、便于集成、易于調整及控制靈活等多種優(yōu)點。基于DDS技術的信號發(fā)生器是一類新型信號源,它已成為眾多電子系統中不可缺少的組成部分2 DDS概要2.1 DDS結構1971年，美國學者J.Tierney等人撰寫的“A Digital Frequency Synthesizer”-文首次提出了以

7、全數字技術，從相位概念出發(fā)直接合成所需波形的一種新組成原理。限于當時的技術和器件產，它的性能指標尚不能與已有的技術相比，故沒受到重視。近幾年間，隨著微電子技術的迅速發(fā)展，直接數字頻率合成器（Direct Digital Frequency Synthesis簡稱DDS或DDFS）得到了飛速的發(fā)展，它以有別于其它頻率合成方法的優(yōu)越性能和特點成為現代頻率合成技術中的佼佼者。具體體現在相對帶寬、頻率轉換時間短、頻率分辨率高、輸出相位連續(xù)、可產生寬帶正交信號及其他多種調制信號、可編程和全數字化、控制靈活方便等方面，并具有極高的性價比。DDS是直接數字式頻率合成器（Direct Digital Synt

8、hesizer）的英文縮寫。與傳統的頻率合成器相比，DDS具有低成本、低功耗、高分辨率和快速轉換時間等優(yōu)點，廣泛使用在電信與電子儀器領域，是實現設備全數字化的一個關鍵技術。直接數字頻率合成器（Direct Digital Synthesizer）是從相位概念出發(fā)直接合成所需波形的一種頻率合成技術。一個直接數字頻率合成器由相位累加器、加法器、波形存儲ROM、D/A轉換器和低通濾波器（LPF）構成。DDS的原理框圖如下所示：StSnN位波形控制字WN位頻率控制字K相位控制字P圖2.1 DDS原理框圖其中K為頻率控制字、P為相位控制字、W為波形控制字、fc為參考時鐘頻率，N為相位累加器的字長，D為R

9、OM數據位及D/A轉換器的字長。相位累加器在時鐘fc的控制下以步長K作累加，輸出的N位二進制碼與相位控制字P、波形控制字W相加后作為波形ROM的地址，對波形ROM進行尋址，波形ROM輸出D位的幅度碼S(n)經D/A轉換器變成階梯波S(t)，再經過低通濾波器平滑后就可以得到合成的信號波形。合成的信號波形形狀取決于波形ROM中存放的幅度碼，因此用DDS可以產生任意波形。這里我們用DDS實現正弦波的合成作為說明介紹。2.1.1 頻率預置與調節(jié)電路K被稱為頻率控制字，也叫相位增量。DDS方程為：f0=fCLK/2n，f0為輸出頻率，fc 為時鐘頻率。當K=1時，DDS輸出最低頻率（也即頻率分辨率），為

10、fc/2n,而DDS的最大輸出頻率由Nyquist采樣定理決定，即fc/2，也就是說K的最大值為2N-1。因此，只要N足夠大，DDS可以得到很細的頻率間隔。要改變DDS的輸出頻率，只要改變控制字K即可。2.1.2累加器 fc頻率控制字相位量化序列圖2.2 累加器框圖相位累加器由N位加法器與N位寄存器級聯構成。每來一個時鐘脈沖fc，加法器將頻率控制字K與寄存器輸出的累加相位數據相加，再把相加后的結果送至寄存器的數據輸入端。寄存器將加法器在上一個時鐘作用下繼續(xù)與頻率控制字進行相加。這樣，相位累加器在時鐘的作用下，進行相位累加。當相位累加器累加滿時就會產生一次溢出，完成一個周期性的動作。2.2.3

11、控制相位的加法器通過改變相位控制字P可以控制輸出信號的相位參數。令相位加法器的字長為N，當相位控制字由0躍變到P（P0）時，波形存儲器的輸入為相位累加器的輸出與相位控制字P之和，因而其輸出的幅度編碼相位會增加P/2N，從而使最后輸出的信號產生相移。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和相移。2.2.5 波形存儲器用相位累加器輸出的數據作為波形存儲器的取樣地址，進行波形的相位一幅值轉換，即可在給定的時間上確定輸

12、出的波形的抽樣幅值。N位的尋址ROM相當于把0°360°的正弦信號離散成具有2N個采樣值的序列，若波形ROM有D位數據位，則2N個樣值的幅值D位二進制數值固化在ROM中，按照地址的不同可以輸出相應相位的正弦信號的幅值。相位幅度變換原理圖如下圖所示：地址相位量化序列波形幅度量化序列（數據） 圖2.3 相位幅度變換原理圖2.2.6 D/A轉換器D/A轉換器的作用是把合成的正弦波數字量轉換成模擬量。正弦幅度量化序列S(n)經D/A轉換后變成了包絡為正弦波的階梯波S(t)。需要注意的是，頻率合成器對D/A轉換器的分辨率有一定的要求，D/A轉換器的分辨率越高，合成的正弦波S(t)臺階

13、數就越多，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S(t)進行頻譜分析，可知S(t)中除主頻fo外，還存在分布在fc,2fc等等的兩邊±fo處的非諧波分量，幅值包絡為辛格函數。因此，為了取出主頻f0,必須在D/A轉換器的輸出端接入截止頻率為fc/2的低通濾波器。2.2 DDS數學原理設有一頻率為的余弦信號：現在以采樣頻率對進行采樣，得到的離散序列為： 其中為采樣周期。對應的相位序列為 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，而且這個常數僅與信號的頻率有關，相位增量為：因為信號頻率與采樣頻率之間有以下關系： 其中與為兩個正整數，

14、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。根據上述原理可以構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列的映射，由構造序列： 公式（21）公式（2-1）是連續(xù)信號經采樣頻率為采樣后的離散時間序列，根據采樣定理，當時，經過低通濾波器平滑后，可唯一恢復出。 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（22）公式（22）就是直接數字頻率合成（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（23）根據公式（2

15、3）可知，要得到不同的頻率只要通過改變的具體數值就可以了，而且還可以得到DDS的最小頻率分辨率（最小頻率間隔）為當時的輸出頻率：可見當參考頻率始終一定是，其分辨率由相位累加器的位數決定，若取，則，即分辨率可以達到，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。由奈奎斯特準則可知，允許輸出的最高頻率，即，但實際上在應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 總體設計方案31系統設計原理本文提出的采用DDS作為信號發(fā)生核心器件的全數控函數信號發(fā)生器設計方案， 根據輸出信號波

16、形類型可設置、輸出信號幅度和頻率可數控、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， 再經放大后加至以數字電位器為核心的數字衰減網絡， 從而實現了信號幅度、頻率、類型以及輸出等選項的全數字控制。本系統主要由單片機、DDS直接頻率信號合成器、數字衰減電路、真有效值轉換模塊、A/D轉換模塊、數字積分選擇電路等部分組成。單片機AT89S52是整個系統關鍵部分，通過對鍵盤進行掃描讀入相位信息，經轉換后輸出到芯片AD9850，輸出波形。鍵盤輸入的數字信息經AT89S52控制的LCD1602顯示32總體設計框圖系統構成如下圖3.1所

17、示。LCD1602鍵盤單片機AD9850低通濾波器信號輸出圖3.1 系統框圖4系統硬件模塊的組成4.1 鍵盤控制模塊圖4.1 鍵盤控制電路通過鍵盤對波形的頻率進行控制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字值，對AD9850寫入相應的控制字。它是系統的大腦。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、數據存貯器RAM、程序存貯器ROM、定時器/計數器和多種I/O接口電路4.2.1 AT89S52主要性能單片機AT89S52的主要性能分別為：與MCS-51單片機產品兼容；8K字節(jié)在系統

18、可編程Flash存儲器；1000次擦寫周期；全靜態(tài)操作：0Hz33Hz、三級加密程序存儲器、 32個可編程I/O口線、三個16位定時器/計數器、八個中斷源、全雙工UART串行通道、低功耗空閑和掉電模式、11掉電后中斷可喚醒、看門狗定時器、雙數據指針、掉電標識符。14.2.2 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 在系統可編程Flash 存儲器。使用ATMEL公司高密度非易失性存儲器技術制造，與工業(yè)80C51 產品指令和引腳完全兼容。片上Flash允許程序存儲器在系統可編程，亦適于常規(guī)編程器。在單芯片上

19、，擁有靈巧的8 位CPU 和在系統可編程Flash，使得AT89S52為眾多嵌入式控制應用系統提供高靈活、有效的解決方案2。AT89S52具有以下標準功能：8k字節(jié)Flash、256字節(jié)RAM、32 位I/O 口線、看門狗定時器、2個數據指針、三個16 位定時器/計數器、一個6向量2級中斷結構、全雙工串行口、片內晶振及時鐘電路。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/計數器、串口、中斷繼續(xù)工作。掉電保護方式下，RAM內容被保存，振蕩器被凍結，單片機一切工作停止，直到下一個中斷或硬件復位為止3。AT89S52的

20、引腳結構如圖：圖4.2 單片機AT89S52引腳結構圖P0口：P0口是一個8位漏極開路的雙向I/O口。作為輸出口，每位能驅動8個TTL邏輯電平。對P0端口寫“1”時，引腳用作高阻抗輸入。當訪問外部程序和數據存儲器時，P0口也被作為低8位地址/數據復用。在這種模式下，P0具有內部上拉電阻。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 口是一個具有內部上拉電阻的8 位雙向I/O 口，P1 輸出緩沖器能驅動4個TTL邏輯電平。對P1 端口寫“1”時，內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

21、由于內部電阻的原因，將輸出電流。此外，P1.0和P1.2分別作定時器/計數器2的外部計數輸入（P1.0/T2）和時器/計數器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 口是一個具有內部上拉電阻的8 位雙向I/O 口，P2 輸出緩沖器。能驅動4個TTL 邏輯電平。對P2 端口寫“1”時，內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位地址讀取外部數據存儲器（例如執(zhí)行MOVX DPTR）時，P2 口送出高八位地址。在這種應用中，P2口使用很強的內

22、部上拉發(fā)送1。在使用8位地址（如MOVX RI）訪問外部數據存儲器時，P2口輸出P2鎖存器的內容。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4。隨著計算機技術的高速發(fā)展，單片機以其自身的特點，已廣泛應用于智能儀器、工業(yè)控制、家用電器、電子玩具等各個領域。4.2.3 時鐘電路圖4.3 時鐘電路XTAL1是片內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，外部振蕩信號應直接加到XTAL1，而XTAL2懸空。內部方式時，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內選擇。電容取30PF左右。AT

23、89C51中有一個用于構成內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者陶瓷諧振器一起構成自激振蕩器5。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成并聯振蕩電路。對外接電容C1、C2雖然沒有十分嚴格的要求，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。4.2.4復位電路AT89C51的外部復位電路有上電自動復位和手動按鍵復位。上電復位電容充電來實現。手動按鍵復位又分為按鍵電平復位和按鍵脈沖復位

24、。按鍵電平復位電路是在普通RC復位電路的基礎上接一個有下拉電阻10K、上拉電容10f接VCC,電源由開關經串接的1K限流電阻至復位腳（和上拉電容并聯），上拉電容支路負責在“上電”瞬間實施復位；開關通過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位。電路圖如下圖所示：圖4.4復位電路4.3 LCD顯示模塊現在的字符型液晶模塊已經是單片機應用設計中最常用的信息顯示器件了。1602型LCD顯示模塊具有體積小，功耗低，顯示內容豐富等特點。4.3.1 LCD1602的主要性能1602型LCD可以顯示2行16個字符，有8位數據總線D0D7和RS，R/W，EN三個控制端口，工作電壓為5V，

25、并且具有字符對比度調節(jié)和背光功能6。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編號符號引腳說明1VSS電源地9D2Data I/O2VDD電源正極10D3Data I/O3VL液晶顯示偏壓信號11D4Data I/O4RS數據/命令選擇端（H/L）12D5Data I/O5R/W讀寫選擇端（H/L）13D6Data I/O6E使能信號14D7Data I/O7D0Data I/O15BLA背光源正極8D1Data I/O16BLK背光源負極基本操作程序讀狀態(tài)：輸入：RS=L，RW=H，E=H輸出：D0D7=狀態(tài)字讀數據：輸入：RS=H，RW

26、=H，E=H輸出：無寫指令：輸入：RS=L，RW=L，D0D7=指令碼，E=高脈沖 輸出：D0D7=數據寫數據：輸入：RS=H，RW=L，D0D7=數據，E=高脈沖 輸出：無43.2 LCD1602與單機的連接圖4.5 LCD與單片機的接口電路在實際的接線中，1602的DB0DB7與89S52的P0口相接，RS與P1.3相接，R/W與P1.2相接，E與P1.1相接。VL與地之間接一個10K的滑動變阻器來到1602初始顯示的調節(jié)。4.4 AD9850 與單片機連接模塊4.4.1 AD9850簡介隨著數字技術的飛速發(fā)展,用數字控制方法從一個參考頻率源產生多種頻率的技術,即直接數字頻率合成(DDS)

27、技術異軍突起。美國AD公司推出的高集成度頻率合成器AD9850便是采用DDS技術的典型產品之一。AD9850采用先進的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4080,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。中層虛線內是一個完整的可編程DDS系統,外層虛線內包含了AD9850的主要組成部分7。圖4.6 AD9850管腳排列圖圖4.7 AD9850組成框圖AD9850內含可編程DDS系統和高速比較器,能實現全數字編程控制的頻率合成。可編程DDS系統的核心是相位累加器,它由一個加法器和一個N位相位寄存器組成, N一

28、般為2432。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。正弦查詢表包含一個正弦波周期的數字幅度信息,每一個地址對應正弦波中0°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波幅度信號,然后驅動DAC以輸出模擬量。相位寄存器每過2N/M個外部參考時鐘后返回到初始狀態(tài)一次,相應地正弦查詢表每經過一個循環(huán)也回到初始位置,從而使整個DDS系統輸出一個正弦波。輸出的正弦波周期T0=Tc2N/ M,頻率fout=Mfc/ 2N,Tc、fc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

29、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8。DAC滿量程輸出電流通過一個外接電阻RSET調節(jié),調節(jié)關系為： Rset的典型值是3.9k。將DAC的輸出經低通濾波后接到AD9850內部的高速比較器上即可直接輸出一個抖動很小的方波。其系統功能如圖3-3所示。圖4.8 AD9850系統功能圖AD9850在接上精密時鐘源和寫入頻率相位控制字之后就可產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內部的高速比較器轉換為方波輸出。在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0

30、.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°或這些值的組合進行調整。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4.9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D0D7將可數據輸入到寄存器,在重復5次之后再在FQ-UD上升沿把40位數據從輸入寄存器裝入到頻率/相位數據寄存器

31、(更新DDS輸出頻率和相位),同時把地址指針復位到第一個輸入寄存器。接著在W-CLK的上升沿裝入8位數據,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,直到復位信號或FQ-UD上升沿把地址指針復位到第一個寄存器9。圖4.9 控制字并行輸入的時序圖圖4.10 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引腳的一位數據串行移入,當移動40位后,用一個FQ_UD脈沖即可更新輸出頻率和相位。圖4.10是相應的控制字串行輸入的控制時序圖。AD9850的復位(RESET)信號為高電平有效,且脈沖寬度不小于5個參考時鐘周期。AD9850的參考時鐘頻

32、率一般遠高于單片機的時鐘頻率,因此AD9850的復位(RESET)端可與單片機的復位端直接相連。表4.2AD9850串行裝載的數據結構位代號功能位代號功能位代號功能位代號功能W0Freq-b0(LSB)W10Freq-b10W20Freq-b20W30Freq-b30W1Freq-b1W11Freq-b11W21Freq-b21W31Freq-b31(MSB)W2Freq-b2W12Freq-b12W22Freq-b22W32ControlW3Freq-b3W13Freq-b13W23Freq-b23W33ControlW4Freq-b4W14Freq-b14W24Freq-b24W34Pow

33、er-DownW5Freq-b5W15Freq-b15W25Freq-b25W35Phase-b0(LSB)W6Freq-b6W16Freq-b16W26Freq-b26W36Phase-b 1W7Freq-b7W17Freq-b17W27Freq-b27W37Phase-b 2W8Freq-b8W18Freq-b18W28Freq-b28W38Phase-b 3W9Freq-b9W19Freq-b19W29Freq-b29W39Phase-b4(MSB)在表4.2中，位W0W31的32位是頻率控制字，改變它的內容可以改變AD9850的輸出頻率。位W32和W33用于工廠測試，應向這兩位賦0。位

34、W34用來控制AD9850的上電和掉電，當不需要輸出信號時，通過打這一位置1來實現掉電。位W35W39的5位是相位控制字，改變它的內容可以改變AD9850的輸出相位。串行裝載時，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/數據字通過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/數據字的裝載后，FQ_UD引腳的脈沖信號上升沿刷新AD9850的工作狀態(tài)，同時復位寄存器指針，準備下一次位控制/數據字的裝入。44.3單片機與AD9850的接口AD9850有兩種與微機

35、并行打印口相連的評估版,并配有Windows下運行的軟件,可以作為應用參考,但運用單片機實現對DDS的控制與微機實現的控制相比,具有編程控制簡便、接口簡單、成本低,容易實現系統的小型化等優(yōu)點,因此普遍采用MCS51單片機作為控制核心來向AD9850發(fā)送控制字。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。P3.1 I/O方式并行接口I/ O方式的并行接口電路比較簡單,但占用單片機資源相對較多,圖3-8是I/O方式并行接口的電路圖,AD9850的數據線D0D7與P1口相連,

36、FQ_UD和W_CLK分別與P2.3(10引腳)和P2.4(11引腳)相連,所有的時序關系均可通過軟件控制實現。圖4.11 AD9850與單片機連接4.5.濾波電路設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，它的通帶內沒有紋波，在靠近零頻處，有最平坦通帶，趨向阻帶時衰減單調增大，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

37、率離通帶較遠的情況;切比雪夫濾波器在通帶內衰減在零值和一個上限值之間做等起伏變化，阻帶內衰減單調增大，帶內有起伏，但過渡帶比較陡峭;橢圓濾波器不僅通帶內有起伏，阻帶內也有起伏，而且過渡帶陡峭。比較起來，橢圓濾波器性能更好，本設計中采用的是橢圓濾波器10。具體電路圖如圖4.13所示。圖4.13 濾波電路5 軟件設計與調試51 程序流程圖 通過程序預置頻率，并實現對頻率步進的控制，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，經并行方式送入DDS，合成用戶所需的頻率，并通過程序實現頻率的顯示。程序流程圖如下：圖5.1 程序流程圖DDS的時鐘頻率很高，對周圍電路有一定影響，在電路中采

38、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間都解憂去耦電容，數字地與模擬地分開。在LCD的顯示調節(jié)時也要選取適當的電阻才能使液晶屏正常的顯示，常選取的阻值為1000歐左右。5.2軟件調試本系統的軟件調試可以在Keil uvision2的環(huán)境中完成，Keil系統為軟件的開發(fā)和調試提供了良好的用戶界面和強大的功能，程序調試無誤后，可以裝入Proteus中進行仿真，也可以直接下載到單片機中進行調試。采用自下而上即單獨調試好每一個模塊后，再連接成一個完整的系統調試。6 硬件電路制作本次論文設計的原理圖繪制和PCB制作所采用的軟件是protel99se。6.1 電路實現的基本步驟

39、1）單片機方案設計。2）電路原理圖：利用電路設計軟件，將方案用標準的電路原理圖表示，為電路板圖的生成提供依據。本系統的原理圖繪制和PCB繪制都是在Protel99se中完成。3）電路板圖：根據單路原理圖，利用電路設計軟件，生成電路板圖。根據該電路板土就可以加工生成印刷電路板。4）制板：印刷電路板的生產廠商根據用戶提供的電路板圖，加工印刷電路板。5）程序的調試和燒錄：印刷電路板制作完畢，將器件焊接于其上，并進行單片機程序的燒錄和電路的調試11。6.2 原理圖的繪制1) 創(chuàng)建一個新的設計文件管理庫 執(zhí)行FILE|NEW命令新建一個管理數據庫文件，選擇SCHEMATIC DOCUMENT圖標，單擊O

40、K。 2) 加載元件庫 在電路圖放置元件之前，必須先加載庫文件。執(zhí)行主菜單的DESIGN|ADD REMOVE LIBRARY命令或單擊左側設計管理器的ADD|REMOVE按鈕。 3) 繪制電路圖 放置元件、繪制導線、放置電源部件、放置電氣連接點、放置文字標注。 4) 修改元件參數 5) 保存原理圖6.3 印制線路板設計的主要問題1) 焊盤重疊 焊盤（除表面貼裝焊盤外）的重疊，也就是孔的重疊放置，在鉆孔時會因為在一處多鉆孔導致斷鉆頭、導線損傷。2) 圖形層的濫用違反常規(guī)設計，如元件面設計在BOTTOM層，焊接面設計在TOP，造成文件編輯時正反面錯誤。PCB板內若有需銑的槽，要用KEEPOUT

41、LAYER 或BOARD LAYER層畫出，不應用其它層面，避免誤銑或沒銑。3) 異型孔若板內有異型孔，用KEEPOUT 層畫出一個與孔大小一樣的填充區(qū)即可。異形孔的長/寬比例應2：1，寬度應>1.0mm，否則，鉆床在加工異型孔時極易斷鉆，造成加工困難。4) 字符的放置字符遮蓋焊盤SMD焊片，給印制板的通斷測試及元件的焊接帶來不便。字符設計的太小，造成絲網印刷的困難，使字符不夠清晰。5) 單面焊盤孔徑的設置單面焊盤一般不鉆孔，若鉆孔需標注，其孔徑應設計為零。如果設計了數值，這樣在產生鉆孔數據時，其位就會鉆出孔，輕則會影響板面美觀，重則板子報廢。單面焊盤若要鉆孔就要做出特殊標注。6) 用填

42、充區(qū)塊畫焊盤用填充塊畫焊盤在設計線路時能夠通過DRC檢查，但對于加工是不行的，因此類焊盤不能直接生成阻焊數據，上阻焊劑時，該填充塊區(qū)域將被阻焊劑覆蓋，導致器件焊接困難13。7) 表面貼裝器件焊盤太短對于通斷測試而言，對于太密的表面貼裝器件，其兩腳之間的間距相當小，焊盤也相當細，安裝測試須上下（右左）交錯位置，如焊盤設計的太短，雖然不影響器件貼裝，但會使測試針錯不開位。8) 大面積網格的間距太小組成大面積網格線同線之間的邊緣太?。ㄐ∮?.30mm），在印制過程中會造成短路。9) 大面積銅箔距外框的距離太近大面積銅箔外框應至少保證0.20mm以上的間距，因在銑外形時如銑到銅箔上容易造成銅箔翹及由其

43、引起焊劑脫落問題。10) 線條的放置兩個焊盤之間的連線，不要斷斷續(xù)續(xù)的畫，如果想加粗線條不要用線條來重復放置，直接改變線條WIDTH即可，這樣的話在修改線路的時候易修改。結論畢業(yè)設計完成的主要工作是完成單片機控制AD9850產生正弦信號，并能顯示出相對應的頻率，且使頻率在020MHz的范圍內能以1Hz為步長進行調整。通過搜集目前DDS技術的相關資料，了解國內外DDS信號發(fā)生器的相關制作方法，并通過設計方案的比較，針對設計任務提出了可行方案。在設計方案中，結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語言和其內部時鐘，以單片機作為控制的核心。根據設計方案，詳細地闡述了單片機的控制原理

44、、AD9850的使用方法、PCB板的制作，設計了相應的硬件電路和系統軟件，制作了電路原理樣機并進行調試。結果表明，所設計的電路和軟件能完成基本的測試功能。畢業(yè)設計結束了，留給了我很深的思考，只有通過學習才能獲得知識，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，但是只要有結果，就可以忘記艱辛的過程。謝 辭本次設計工作是在我的導師莊立運老師的精心指導下完成的。通過這次設計，我對電子設計的認識有了很大的提高，同時認識到自己在硬件設計方面還有很大的欠缺。主要表現在對很多原理知識掌握的不是很清楚，對硬件設計的正確方法掌握不多，造成了很多的重復性工作，特別是在制作電路板的過程

45、中，從Protel的設計到PCB的制作、排版、印刷，到電路板的腐蝕、打孔、焊接元件等等，都存在一定程度上的不足。這次設計的完成，要感謝莊老師的認真指導。正是在他的耐心指導下，才能比較好地完成這次設計。作為我的畢業(yè)設計指導老師，一直很悉心的指導我們的工作，無論是什么時間段去找他答疑提問，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知識的資料，讓我們不至于在混亂的資料堆中瞎撞亂打，給我們解決了很多困難，老師兢兢業(yè)業(yè)的工作精神、嚴謹的治學態(tài)度、踏實真誠的處事態(tài)度，對事負責，對學生負責，使我深受感動，這是我在現在和今后的學習、工作生活中要努力學習的。在此，我向老師致以最衷心的感謝！

46、同時，我衷心的感謝實驗室的各位老師給我提供了便利的制板場所和測試場所，并在我們進行測試工作是給予我們很多的指導，讓我很好的完成了電路板的印制焊接以及測試工作。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1 沈德金. MCS-51系列單片機接口電路與應用程序設計M.北京：北京航空航天大學出版社，1999.5.2 李群芳.單片機微型計算機與接口技術M.北京：電子科技大學出版社，1999.3 公茂法. 單片機人機接口實例集M.北京：北京航空航天大學出版社，1998.4.4 D W Hart. Foundation and application of m

47、icrocontrollerM.北京:Higher Education Press,2004.5 王宏寶. 電子測量M.北京：科學出版社，2005.6.6 劉建輝.單片機智能控制技術M.北京：國防工業(yè)出版社，2007.4.7 閆玉德.MCS-51單片機原理與應用（C語言版）M.北京：機械工業(yè)出版社，2003.1.8 張永瑞.電子測量技術基礎M.西安：西安電子科技大學出版社，1994.12.9 劉偉.基于AD9850芯片的信號發(fā)生器的研究M.蘇州：蘇州大學出版社，2002.4.10 吳鎮(zhèn)揚.數字信號處理M.北京：高等教育出版社，2004.9.附 錄附錄A 硬件原理圖 附錄B：程序#include

48、 <reg52.h> /調用頭文件（單片機內部的寄存器定義）#define uchar unsigned char#define uint unsigned intsbit LCD_E = P11;sbit LCD_RW = P12; sbit LCD_RS = P13; sbit reset = P14; /ad9850 resetsbit w_clk = P31; / ad9850 w_clk;sbit fqud = P30; /ad9850 fqud; #define LCD_DATA P2 /LCD DATA#define LCD_BUSY 0x80 / 用于檢測LCD的B

49、USY標識（本程序中用的延時，未檢測）unsigned char code LcdBuf1= "FRQ: Hz"unsigned char code LcdBuf2= " TELquot;/請直接改成您的電話號碼即可。double Con_Word_1 = 0x00;double Con_Word_2 = 0x00;long uint ConTrol_Word = 0x00;/根據設置的頻率換算成將要送入AD9850中的整數量；long uint Frequency_Out;uchar a,b,c,d,e,f,g,h;uchar AnJi

50、anCiShuBiangLiang = 0x00;long uint SheZhiZhongYaoXianShiDeShuJu = 0x00;uchar dingshiqilideshijianbianliang = 0x00;uchar lianjiabiaozhi = 0x00;lianjianbiaozhi = 0x00;long uint Out_Signal_Max = 10000000;/設置子程序中的上限值uint Light_Bian_Liang = 0x00;sbit Light = P10; /程序狀態(tài)指示燈，它與單片機對9850控制無關，只是調程序的時候使用！sbit P

51、3_4 = P34;sbit P3_6 = P36;sbit P3_7 = P37;sbit P3_3 = P33;sbit P3_5 = P35; /declare for keysuchar j = 0,dat = 0;uchar keyzhi = 0x00;void lcd_init(void);void display_string(unsigned char x,unsigned char y,unsigned char *s);Qu_Chu_Shu_Ma_Ge_Wei(); void time0(void)interrupt 1 using 1 /Interruption EA=0

52、; dingshiqilideshijianbianliang+; TH0=0xa6; /shi de sha ping TL0=0x66; ET0 =1 ; TR0 = 1; EA=1;void delay(long unsigned int h) while(h-); /0.01MSvoid WriteDataLcd(unsigned char wdata) LCD_RS=1; LCD_RW=0; LCD_E=0; LCD_E=1; LCD_DATA=wdata; delay(100); /短暫延時，代替檢測忙狀態(tài) LCD_E=0; /LCD_RW = 1; /LCD_E=1;void W

53、riteCommandLcd(unsigned char wdata) LCD_RS=0; LCD_RW=0; LCD_E=0; LCD_E=1; LCD_DATA=wdata; delay(100); /短暫延時，代替檢測忙狀態(tài) LCD_E=0;/LCD初始化void lcd_init(void) LCD_DATA = 0; delay(1000); WriteCommandLcd(0x38); delay(500); WriteCommandLcd(0x38); /顯示模式設置 delay(500); WriteCommandLcd(0x38); /顯示模式設置 delay(500); WriteCommandLcd(0x01); /關閉顯示 WriteCommandLcd(0x38); /顯示清屏 WriteCommandLcd(0x0c); /顯示光標移動設置 Write