波形發(fā)生器課程設計

1、單片機原理及應用課程設計題目:專業(yè):學號:r>r1 f n 1 i名:用單片機實現的波形發(fā)生器10自動化（2）201010320220完成日期:指導教師:2013-6-28單片機原理及應用課程設計任務書班級： 姓名：指導老師：張玲 2013年6月28 h設計題目：用單片機實現的波形發(fā)生器設計任務1. 以單片機為主控制器設計一波形發(fā)生器，通過示波器觀察所得的信號 波形。2. 通過功能選擇，可輸出方波、正弦波和三角波。設 計 要 求1. 調研、查找并收集資料。2. 總體設計。3. 硬件設計:：用a4紙畫出硬件的接線圖。4. 軟件設計：畫流程圖及編寫程序。5. 撰寫設計說明書（字數約2500字

2、左右）。6. 參考資料目錄參 考 資 料單片機原理及接口技術 胡漢才 清華大學出版社單片機中級教程 張俊謨北航出版社單片機原理及接口技術李全利 高等教育出版社教研室主任簽字:年 月目錄1引言42概述52.1方案論證5方案一5方案二5方案三53主要芯片介紹63. 1高精度可編程波形發(fā)生器ad9833小文資料63. 1. 1 ad983363.1.2 ad9833的結構及功能64 軟件程序94.1程序流程圖94.2程序95調試與實物展示135.1結果分析135.2實物圖16附錄：總體電路圖171引言信號發(fā)生器是指產生所需參數的電測試信號的儀器。按信號波形可分為正弦信 號、函數（波形）信號、脈沖信號

3、和隨機信號發(fā)牛器等四大類。信號發(fā)生器乂稱信號 源或振蕩器，在生產實踐和科技領域中有著廣泛的應用。各種波形曲線均可以用三角 函數方程式來表示。能夠產生多種波形，如三角波、鋸齒波、矩形波（含方波）、正 弦波的電路被稱為函數信號發(fā)生器。正弦信號是頻率成分最為單一的一種信號，因這種信號的波形是數學上的正弦 曲線而得名。任何復雜信號一一例如音樂信號，都可以通過傅里葉變換分解為許多頻 率不同、幅度不等的正弦信號的迭加。方波信號是指電路系統(tǒng)中信號的質量，如果在要求的時間內，信號能不失真地從 源端傳送到接收端，我們就稱該信號是方波信號。信號具有良好的方波信號是指當在 需要的時候，具有所必需達到的電壓電平數值。

4、差的方波信號不是由某一單一因素導 致的，而是板級設計中多種因素共同引起的。主要的方波信號問題包括反射、振蕩、 地彈、串擾等階梯波發(fā)生器產生的階梯信號,在無線電遙測，調頻信號磁帶記錄以及數字電壓 表屮較為有用，有時作為比較基準電壓產生階梯波的方法也較多。實現信號發(fā)生器的方法有很多種，通過模擬電路的脈沖信號發(fā)生電路配合枳分 微分電路可以產牛正弦，三角波，方波信號，而目前市面上有很多集成好的信號發(fā)牛 器芯片，例如ad9850. ad9833等芯片，能通過單片機等控制器產生頻率可變的很穩(wěn) 定和精度很高的基礎信號，本設計采用at89s52控制集成芯片ad9833產生正弦波， 三角波和方波信號，通過加法器

5、處理方波信號實現方波到階梯波的轉變，并利用第二 課堂的資源制作成實物，將實驗產生的波形通過數字示波器測試出來。2概述該系統(tǒng)是通過51單片機控制集成的dds波形發(fā)生器產生三角波，正弦波，方波 的電路設計，經過測試系統(tǒng)能產牛精確度為0. 1hz的上述波形，頻率范圍可通過控制 器使頻率在1hz飛mhz的穩(wěn)定的波形范圍內。該設計通過了硬件調試，設計論文中的 波形圖像都來自于數字示波器的usb flash devide端口。2.1方案論證方案一：通過da0832 8位精度的數字-模擬轉換芯片，使用這塊集成芯片優(yōu)點 有芯片價格低廉，接口簡單，軟件編寫簡單，但不足之處是芯片產生的合成信號轉換 速度低，產生信

6、號的頻率范圍很有限方案二：釆用純數字模擬技術，用ne555史密斯觸發(fā)器產生方波信號，以方波 為基波通過模擬電路組成的積分微分電路再生成其他波形，通過手動調節(jié)電阻 從而控制波形頻率，其結構圖如圖1圖1該方案的優(yōu)點在于成本很低很低，并且可以免去程序的編制，不需要微處理器 的知識，能很好的鞏固硬件知識。但有利必有弊，其缺點在于過多的硬件器件使系統(tǒng) 穩(wěn)定性大幅度下降，沒有軟件輔助波形設定麻煩，波形不穩(wěn)定，最主要的是純模擬電 路調試很麻煩。方案三：釆用集成芯片dds波形發(fā)生器，該系列芯片優(yōu)點突出，其屮ad9833是adi 公司生產的一款低功耗，可編程波形發(fā)生器，能夠產生正弦波、三角波、方波輸出。其 特點

7、是頻率和相位可通過改變內部寄存器來編程，通過主控制器選擇波形，頻率。三 線的spi接口使得線路簡單，軟件編寫簡單，輸岀頻率有所提高，其缺點是輸出雜散 大。根據上面的優(yōu)缺點比較綜合論證，本設計采用方案三。3主要芯片介紹3. 1高精度可編程波形發(fā)生器ad9833中文資料3.1.1 ad9833ad9833是adt公司生產的一款低功耗，可編程波形發(fā)生器，能夠產生正弦波、三 角波、方波輸出。波形發(fā)牛器廣泛應用于各種測量、激勵和時域響應領域,ad9833無 需外接元件,輸岀頻率和相位都可通過軟件編程，易于調節(jié),頻率寄存器是28位的，主 頻時鐘為25mhz時,精度為0. 1hz,主頻時鐘為1mhz時,精度

8、可以達到0. 004hz?？梢?通過3個串行接口將數據寫入ad9833,這3個串口的最高工作頻率可以達到40milz,易 于與dsp和各種主流微控制器兼容。ad9833的工作電壓范圍為2. 3v-5. 5v。3.1.2 ad9833的結構及功能電路結構ad9833 是一塊完全集成的 dds (direct digital frequency synthesis)電路, 僅需要1個外部參考時鐘、1個低精度電阻器和一個解耦電容器就能產牛高達12. 5mhz 的正弦波。除了產生射頻信號外，該電路還廣泛應外于各種調制解調方案。這些方案全都用在數字領域，采用dsp技術能夠把復雜的調制解調算法簡化,而且很

9、精確。ad9833的內部電路主要有數控振蕩器(nco)、頻率和相位調節(jié)器、sine rom、數 模轉換器(dac)、電壓調整器，其功能框圖如圖2所示。圖2ad933的核心是28位的相位累加器，它由加法器和相位寄存器組成，每來1個時鐘, 相位寄存器以步長增加，相位寄存器的輸岀與和位控制字相加后輸入到正弦查詢表地 址中。止弦查詢表包含1個周期止弦波的數字幅度信息，每個地址對應止弦波中0° 360°范圍內的1個相位點。查詢表把輸入的地址相位信息映射成正弦波幅度的數字 量信號，去dac輸出模擬量，相位寄存器每經過228/m個mclk時鐘后回到初始狀態(tài)，相 應地正弦查詢表經過一個循環(huán)

10、回到初始位置,這樣就輸出了一個正弦波。輸出正弦波 頻率為：fout=m (fmclk/228)(1)其中,m為頻率控制字，由外部編程給定，其范圍為0wmw2281。vdd引腳為ad9833的模擬部分和數字部分供電，供電電壓為2. 3v-5. 5v。ad9833 內部數字電路工作電壓為2. 5v,其板上的電壓調節(jié)器可以從vdd產生2. 5v穩(wěn)定電壓,注意：若vdd小于等于2. 7v,引腳cap/2. 5v應直接連接至vdd。功能描述ad9833有3根串行接口線，與spi、qspi、mi-crowire和dsp接口標準兼容, 在串口吋鐘sclk的作用下，數據是以16位的方式加載到設備上，吋序圖如圖

11、3所 示,fsync引腳是使能引腳，電平觸發(fā)方式,低電平有效。進行串行數據傳輸時,fsync 引腳必須置低，要注意fsync有效到sclk下降沿的建立時間t7的最小值。fsync置低 后，在16個sclk的下降沿數據被送到ad9833的輸入移位寄存器，在第16個sclk的 下降沿fsync可以被置高，但要注意在sclk下降沿到fsync上升沿的數據保持時間ts 的最小和最大值。當然，也可以在fsync為低電平的時候,連續(xù)加載多個16位數據，僅 在最后一個數據的第16個sclk的下降沿的時將fsync置高，最后要注意的是,寫數據 時sclk時鐘為高低電平脈沖，但是，在fsync剛開始變?yōu)榈蜁r，（

12、即將開始寫數據 時），sclk必須為高電平（注意til這個參數）。當ad9833初始化時，為了避免dac產牛虛假輸出，reset必須置為1 （reset不會 復位頻率、相位和控制寄存器），直到配置完畢，需要輸岀時才將reset置為0;reset 為0后的8-9個mclk時鐘周期可在dac的輸出端觀察到波形。ad9833寫入數據到輸出端得到響應，中i'可有一定的響應時i'可，每次給頻率或相位寄存器加載新 的數據，都會有7-8個mclk時蝕周期的延時之后，輸出端的波形才會產生改變，有1個mclk時 鐘周期的不確定性，因為數據加載到目的寄存器時,mclk的上升沿位置不確定。3. 2

13、89s52 介紹at89s52是一種低功耗、高性能cmos 8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(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在眾多 嵌入式控制應用系統(tǒng)屮得到廣泛應用。4軟件程序4.1程序流程圖圖6示出了 ad9833的軟件流程。無論是寫控制寄存器、頻率寄存器還是相位寄存器、在寫數據之前都需要把選通 信號置為有效狀態(tài)，這樣寫入的數據才會有效，否則無效。在dsp發(fā)送完1個數據字后 將

14、產生sp1中斷請求，本設計中未使用中斷方式，而且通過查詢中斷標志來跳出，并虛 讀dsp的接收緩沖器清除中斷標志。圖34.2程序include <reg52.h>irinclude <intrins. h>define b1tb 0x0800sbit fsync = pl"4;sbit sclk = p5;sbit sdata = pl"6;define dds sclk up sclk=l#define dds_sclk_d0wn sclk二0define dds sdata up sdata=l#define dds sdata down sdat

15、a=0define dds_fsync_up fsync=l define ddsj;sync_down fsync二0unsigned int config data8;void delay2us(unsigned char i) while (i):void wri ledds2byte(unsigned int config)unsigned char i;dds sclk down;_nop_();dds fsync up;_nop_ ();dds sclk up; delay2us(l);dds fsync down;_nop_();for (i二0; i<16; i+) if

16、 (config & 0x8000) dds_sdata_up;else dds sdata down; delay2us(l);dds sclk down: dclay2us (1);dds sclk .up;con fig «= 1:dds_fsync_up;_nop_ ();dds sclk down; delay2us(100);/波形發(fā)生函數入口參數:頻率:freq (<=12000000)/形狀:0 (正弦波)，1 (三和波)，2 (方波)/默認:fmclk=25mhz, 0相移,方波不分頻.void wavcgencralc(unsigned long f

17、req,unsigncd char shape) unsigned long temp;unsigned char k;if(freq>12000000) freq=l2000000;switch(shape)case 0: config_data0=0x2108;config data7=0x2008;break;case 1: config_data0=0x210a;config data7=0x200a;break;case 2: config data0-0x2128;confi g_data7=0x2028;break;default:config data0=0x2108;c

18、onfig data7=0x2008;temp=freq*13. 4217728;/1emp=freq*(ox10000000/25000000);config datal=temp&0x3fff;config data3=config datal:config_data 2 = (tcmp&oxofffcooo) »14;config data4=config data2;config datal=config datal 0x4000;config data2=config data2|0x4000;configdata3=configdata3 0x8000;c

19、onfig data4=confi g data4 0x8000;config data5=0xc000;config data6=0xe000;for(k=0;k<8;k+)writcdds2byte(config datak);/* for (;) wr i tedds2byte(oxcooo);for (k=200;k;k-)；writedds2byte(oxcooo 2047);for (k=200;k;k-一);*/char shape)void dds 2fsk(unsigned long freql, unsigned long freq2, unsignedunsigne

20、d long temp;unsigned char k;if (freql>12000000) freql=12000000;if (freq2>12000000) freq2=l2000000;switch(shape)case 0: config_data0=0x2108;config data7=0x2008;break;case 1: config data0=0x210a;config data7=0x200a; break;case 2: config_data0=0x2128;confi g_data7=0x2028; break;default:config dat

21、a0=0x2108;config data7=0x2008; temp=freql*13. 4217728;/lemp=freq*(ox 10000000/20000000);config datal=temp&0x3fff;config data2 = (temp&oxofffcooo)»14;temp=freq2*13. 4217728;conf ig_data3=temp&0x3fff;config_data4=(temp&oxofffcooo)>>14;0x4000;config datal=config datalconfig d

22、ata2=config data210x4000;config_data3=config_data3 0x8000;confi g_data4=config_data4 0x8000;config data5=0xc000;config data二oxeooo;for (k=0;k<8;k+)wr i t edds2by t e(con f i g_ da t ak);while (1) for (k=200; k; k);writedds2byte(config data7 | bttb);for (k=200; k; k一一)；wri tedds2byte (conf ig_data7 & cbitb); void key (void)辻(p3"2=0)i二i+1000;if(p3"3=0)i=i-1000;if(p3'4=0)j+；if (j=4)j=l;if(p35=0)辻(j=0)j=3;void main()whilc(l)key();dds 2fsk(3000, 1000, 0);5調試與實物展