基于AD9850的信號(hào)發(fā)生器的設(shè)計(jì)_畢業(yè)設(shè)計(jì)論文.doc

摘要本設(shè)計(jì)使用51單片機(jī)對(duì)DDS芯片進(jìn)行控制，利用DDS造波的方法產(chǎn)生需要的正弦信號(hào)，用戶可以根據(jù)需要對(duì)芯片設(shè)定一個(gè)頻率值或相位值，通過單片機(jī)傳輸芯片控制字對(duì)芯片輸出的頻率和相位進(jìn)行調(diào)節(jié)，達(dá)到用戶所需要的信號(hào)，本設(shè)計(jì)采用模塊化設(shè)計(jì)的方法，不同的模塊為實(shí)現(xiàn)不同的功能而設(shè)計(jì)，總體由單片機(jī)控制協(xié)調(diào)工作。利用51單片機(jī)控制DDS芯片造波，具有如下優(yōu)越性：1，造價(jià)低廉，51單片機(jī)應(yīng)用廣泛，價(jià)格低廉，比較容易購買，DDS芯片價(jià)格較單片機(jī)稍高，但與價(jià)格成百上千的成品信號(hào)發(fā)生器相比，本設(shè)計(jì)經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢(shì)顯著，2，電路簡單，本設(shè)計(jì)利用單片機(jī)進(jìn)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(diǎn)即控制準(zhǔn)確，分辨率高，響應(yīng)快。關(guān)鍵詞：DDS 51單片機(jī) 數(shù)字控制- 13 -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(jì)- 3 -2.1設(shè)計(jì)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(jī)- 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(hào)發(fā)生器使一種能產(chǎn)生所需要信號(hào)的一種儀器。首先，信號(hào)發(fā)生器可以分為通用和專用兩大類，專用信號(hào)發(fā)生器主要是為了某種特殊的測(cè)量目的而研制的，如電視信號(hào)發(fā)生器、編碼信號(hào)發(fā)生器等。其次，信號(hào)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(hào)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(hào)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(hào)發(fā)生器，通常被稱為合成信號(hào)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(dòng)來實(shí)現(xiàn)，不僅體積大而且可靠性和準(zhǔn)確度很難進(jìn)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，根據(jù)相位間隔對(duì)正弦信號(hào)進(jìn)行取樣、量化、編碼，然后存儲(chǔ)在EPROM中構(gòu)成一個(gè)正弦查詢表，通過查表法產(chǎn)生波形，它是由參考時(shí)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(jí)聯(lián)構(gòu)成。每來一個(gè)時(shí)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(shí)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(shí)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(duì)應(yīng)的單元的幅度量化正弦函數(shù)值，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(chǔ)在波形存儲(chǔ)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(chǔ)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(hào)。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(gè)時(shí)鐘脈沖輸入時(shí)，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(hào)的相位。當(dāng)相位累加器加滿量時(shí)就會(huì)產(chǎn)生一次溢出，溢出頻率就是DDS輸出的信號(hào)頻率。第二章 電路設(shè)計(jì)2.1設(shè)計(jì)思路 根據(jù)創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)要求，采用DDS芯片實(shí)現(xiàn)設(shè)計(jì)內(nèi)容。本設(shè)計(jì)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(jìn)行連接。根據(jù)功能要求，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(jī)、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(jī)最小系統(tǒng)板，造波模塊是采用AD9850模塊產(chǎn)生波形。這四個(gè)模塊可以全部焊在同一個(gè)板子上。2.2 元件選型單片機(jī)選用STC公司生產(chǎn)的STC89C52RC單片機(jī)。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(jī)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(jì)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3.1 STC89C52RC單片機(jī) STC89C51中有一個(gè)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(gè)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(duì)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(huì)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(jī)引腳圖如下： 圖3.1 51單片機(jī)管腳圖1. 主電源引腳(2根)VCC(Pin40)：電源輸入，接+5V電源GND(Pin20)：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(gè)機(jī)器周期的高電平將使單片機(jī)復(fù)位。ALE(Pin30)：地址鎖存允許信號(hào)PSEN(Pin29)：外部存儲(chǔ)器讀選通信號(hào)EA(Pin31)：訪問程序存儲(chǔ)器的控制信號(hào)。當(dāng)為低電平是，對(duì)程序存儲(chǔ)器ROM的讀操作限定在外部程序存儲(chǔ)器。如果為高電平，則從內(nèi)部程序存儲(chǔ)器中讀取指令。4. 可編程輸入/輸出引腳(32根)51單片機(jī)有四組8位的可編程I/O口，分別為P0、P1、P2、P3口，每個(gè)口有8位(8根引腳)，共32根，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(jìn)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(shí)現(xiàn)全數(shù)字編程控制的頻率合成器和時(shí)鐘發(fā)生器。接上精密時(shí)鐘源，AD9850可產(chǎn)生一個(gè)頻率純凈、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(hào)源或轉(zhuǎn)化成方波用作時(shí)鐘輸出。AD9850采用先進(jìn)的CMOS工藝，其功耗在3.3V供電時(shí)僅為155mW，溫度范圍為-4085,如下圖為AD9850模塊的實(shí)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(shí)現(xiàn)全數(shù)字編程控制的頻率合成?？删幊藾DS系統(tǒng)的核心是相位累加器，它由加法器和一個(gè)N位相位寄存器組成，每來一個(gè)外部參考時(shí)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(gè)正弦波周期的數(shù)字幅度信息，每一個(gè)地址對(duì)應(yīng)正弦波中0360范圍的一個(gè)相位點(diǎn)，查詢表把輸入地址的相位信息映射成正弦波幅度信號(hào)，然后驅(qū)動(dòng)DAC以輸出模擬量。圖3.2 AD9850實(shí)物圖CLK：系統(tǒng)時(shí)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(hào)的幅度時(shí)，可以控制該腳的電壓值從而控制DDS信號(hào)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(duì)芯片進(jìn)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(shí)的輸入位FQ_QD_AD9850）WCLK：時(shí)鐘輸入端（串行/并行數(shù)據(jù)輸入時(shí)的輸入位CLK_AD9850）D0：數(shù)據(jù)輸入端（并行輸入數(shù)據(jù)時(shí)的低位） 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(shí)的高位。當(dāng)進(jìn)行串行送數(shù)據(jù)時(shí)，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(diǎn)、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(diǎn)陣的列數(shù)和行數(shù)來命名的。如本設(shè)計(jì)使用的LCD1602的意思是每行顯示16個(gè)字符，共有2行。可也顯示漢字的液晶稱為圖形液晶，圖形液晶是以點(diǎn)陣的數(shù)目命名的，每個(gè)點(diǎn)都可以單獨(dú)控制。如12232代表該液晶有122行，32列的點(diǎn)陣。LCD1602內(nèi)置含128個(gè)字符的ASCII字符集字庫，顯示控制用ASCII碼即可。實(shí)物圖和管腳說明如下： 圖3.3 液晶實(shí)物圖GND: 接地VDD: 電源正極V0：液晶顯示對(duì)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(hào)D0-D7:數(shù)據(jù)口BL1：背光電源正極BL2：背光電源負(fù)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(gè)模塊實(shí)驗(yàn)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(cè)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(xì)觸摸各個(gè)芯片，檢查有無過度發(fā)熱情況。一切檢查完成后，測(cè)試單片機(jī)復(fù)位電路是否工作良好。整體實(shí)物硬件電路圖如下： 圖4.1 整體實(shí)物圖連接示波器后，選取小、中、大三個(gè)頻率進(jìn)行測(cè)