基于單片機(jī)制作高頻DDS信號(hào)發(fā)生器

目錄1DDS技術(shù)的根本原理12.1DDS結(jié)構(gòu)12.2DDS數(shù)學(xué)原理52總體設(shè)計(jì)方案73．1系統(tǒng)設(shè)計(jì)原理73．2總體設(shè)計(jì)框圖83系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)83.2DDS芯片的選擇及與單片機(jī)之間的通信83.3單片機(jī)〔AT89S52〕控制電路113.4液晶顯示模塊143.5低通濾波器的設(shè)計(jì)164信號(hào)發(fā)生器的軟件設(shè)計(jì)174.1程序流程圖174.2鍵盤(pán)掃描流程圖194.3LCD的顯示215局部系統(tǒng)的仿真和調(diào)試216系統(tǒng)的程序代碼257設(shè)計(jì)心的及體會(huì)328參考文獻(xiàn)331DDS技術(shù)的根本原理2.1DDS結(jié)構(gòu)1971年，美國(guó)學(xué)者J.Tierney等人撰寫(xiě)的“ADigitalFrequencySynthesizer〞-文首次提出了以全數(shù)字技術(shù)，從相位概念出發(fā)直接合成所需波形的一種新組成原理。限于當(dāng)時(shí)的技術(shù)和器件產(chǎn)，它的性能指標(biāo)尚不能與已有的技術(shù)相比，故沒(méi)受到重視。近幾年間，隨著微電子技術(shù)的迅速開(kāi)展，直接數(shù)字頻率合成器〔DirectDigitalFrequencySynthesis簡(jiǎn)稱DDS或DDFS〕得到了飛速的開(kāi)展，它以有別于其它頻率合成方法的優(yōu)越性能和特點(diǎn)成為現(xiàn)代頻率合成技術(shù)中的佼佼者。具體表達(dá)在相對(duì)帶寬、頻率轉(zhuǎn)換時(shí)間短、頻率分辨率高、輸出相位連續(xù)、可產(chǎn)生寬帶正交信號(hào)及其他多種調(diào)制信號(hào)、可編程和全數(shù)字化、控制靈活方便等方面，并具有極高的性價(jià)比。DDS是直接數(shù)字式頻率合成器〔DirectDigitalSynthesizer〕的英文縮寫(xiě)。與傳統(tǒng)的頻率合成器相比，DDS具有低本錢(qián)、低功耗、高分辨率和快速轉(zhuǎn)換時(shí)間等優(yōu)點(diǎn)，廣泛使用在電信與電子儀器領(lǐng)域，是實(shí)現(xiàn)設(shè)備全數(shù)字化的一個(gè)關(guān)鍵技術(shù)。直接數(shù)字頻率合成器〔DirectDigitalSynthesizer〕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(shù)。一個(gè)直接數(shù)字頻率合成器由相位累加器、加法器、波形存儲(chǔ)ROM、D/A轉(zhuǎn)換器和低通濾波器〔LPF〕構(gòu)成。DDS的原理框圖如下所示：StSnN位波形控制字WStSnN位波形控制字WN位頻率控制字K相位控制字P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(shí)鐘頻率，N為相位累加器的字長(zhǎng)，D為ROM數(shù)據(jù)位及D/A轉(zhuǎn)換器的字長(zhǎng)。相位累加器在時(shí)鐘fc的控制下以步長(zhǎng)K作累加，輸出的N位二進(jìn)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(duì)波形ROM進(jìn)行尋址，波形ROM輸出D位的幅度碼S(n)經(jīng)D/A轉(zhuǎn)換器變成階梯波S(t)，再經(jīng)過(guò)低通濾波器平滑后就可以得到合成的信號(hào)波形。合成的信號(hào)波形形狀取決于波形ROM中存放的幅度碼，因此用DDS可以產(chǎn)生任意波形。這里我們用DDS實(shí)現(xiàn)正弦波的合成作為說(shuō)明介紹。頻率預(yù)置與調(diào)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(shí)鐘頻率。當(dāng)K=1時(shí)，DDS輸出最低頻率〔也即頻率分辨率〕，為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(shuō)K的最大值為2N-1。因此，只要N足夠大，DDS可以得到很細(xì)的頻率間隔。要改變DDS的輸出頻率，只要改變控制字K即可。累加器fcfc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位存放器級(jí)聯(lián)構(gòu)成。每來(lái)一個(gè)時(shí)鐘脈沖fc，加法器將頻率控制字K與存放器輸出的累加相位數(shù)據(jù)相加，再把相加后的結(jié)果送至存放器的數(shù)據(jù)輸入端。存放器將加法器在上一個(gè)時(shí)鐘作用下繼續(xù)與頻率控制字進(jìn)行相加。這樣，相位累加器在時(shí)鐘的作用下，進(jìn)行相位累加。當(dāng)相位累加器累加滿時(shí)就會(huì)產(chǎn)生一次溢出，完成一個(gè)周期性的動(dòng)作?？刂葡辔坏募臃ㄆ魍ㄟ^(guò)改變相位控制字P可以控制輸出信號(hào)的相位參數(shù)。令相位加法器的字長(zhǎng)為N，當(dāng)相位控制字由0躍變到P〔P≠0〕時(shí)，波形存儲(chǔ)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(huì)增加P/2N，從而使最后輸出的信號(hào)產(chǎn)生相移?？刂撇ㄐ蔚募臃ㄆ魍ㄟ^(guò)改變波形控制字W可以控制輸出信號(hào)的波形。由于波形存儲(chǔ)器中的不同波形是分塊存儲(chǔ)的，所以當(dāng)波形控制字改變時(shí)，波形存儲(chǔ)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(hào)產(chǎn)和相移。波形存儲(chǔ)器用相位累加器輸出的數(shù)據(jù)作為波形存儲(chǔ)器的取樣地址，進(jìn)行波形的相位一幅值轉(zhuǎn)換，即可在給定的時(shí)間上確定輸出的波形的抽樣幅值。N位的尋址ROM相當(dāng)于把0°～360°的正弦信號(hào)離散成具有2N個(gè)采樣值的序列，假設(shè)波形ROM有D位數(shù)據(jù)位，那么2N個(gè)樣值的幅值D位二進(jìn)制數(shù)值固化在ROM中，按照地址的不同可以輸出相應(yīng)相位的正弦信號(hào)的幅值。相位—幅度變換原理圖如下列圖所示：地址地址相位量化序列波形幅度量化序列〔數(shù)據(jù)〕圖2.3相位—幅度變換原理圖D/A轉(zhuǎn)換器D/A轉(zhuǎn)換器的作用是把合成的正弦波數(shù)字量轉(zhuǎn)換成模擬量。正弦幅度量化序列S(n)經(jīng)D/A轉(zhuǎn)換后變成了包絡(luò)為正弦波的階梯波S(t)。需要注意的是，頻率合成器對(duì)D/A轉(zhuǎn)換器的分辨率有一定的要求，D/A轉(zhuǎn)換器的分辨率越高，合成的正弦波S(t)臺(tái)階數(shù)就越多，輸出的波形的精度也就越高。低通濾波器對(duì)D/A輸出的階梯波S(t)進(jìn)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(luò)為辛格函數(shù)。因此，為了取出主頻f0,必須在D/A轉(zhuǎn)換器的輸出端接入截止頻率為fc/2的低通濾波器。2.2DDS數(shù)學(xué)原理設(shè)有一頻率為的余弦信號(hào)：現(xiàn)在以采樣頻率對(duì)進(jìn)行采樣，得到的離散序列為：其中為采樣周期。對(duì)應(yīng)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(gè)常數(shù)，而且這個(gè)常數(shù)僅與信號(hào)的頻率有關(guān)，相位增量為：因?yàn)樾盘?hào)頻率與采樣頻率之間有以下關(guān)系：其中與為兩個(gè)正整數(shù)，所以相位的增量也可以完成：由上式可知，假設(shè)將的相位均勻的分為等份，那么頻率為的余弦信號(hào)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(gè)不變值。 根據(jù)上述原理可以構(gòu)造一個(gè)不變量為量化相位增量的量化序列：然后完成從到另一個(gè)序列的映射，由構(gòu)造序列：公式〔2—1〕公式〔2-1〕是連續(xù)信號(hào)經(jīng)采樣頻率為采樣后的離散時(shí)間序列，根據(jù)采樣定理，當(dāng)時(shí)，經(jīng)過(guò)低通濾波器平滑后，可唯一恢復(fù)出。可見(jiàn)，通過(guò)上述變換不變量將唯一確實(shí)定一個(gè)單頻率模擬余弦信號(hào)：該信號(hào)的頻率為：公式〔2—2〕公式〔2—2〕就是直接數(shù)字頻率合成〔DDS〕的方程式，在實(shí)際的DDS中，一般取，于是DDS方程就可以寫(xiě)成：公式〔2—3〕根據(jù)公式〔2—3〕可知，要得到不同的頻率只要通過(guò)改變的具體數(shù)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(dāng)時(shí)的輸出頻率：可見(jiàn)當(dāng)參考頻率始終一定是，其分辨率由相位累加器的位數(shù)決定，假設(shè)取，，那么，即分辨率可以到達(dá)，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(diǎn)。由奈奎斯特準(zhǔn)那么可知，允許輸出的最高頻率，即，但實(shí)際上在應(yīng)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(jiàn)DDS的工作頻率帶較寬，可以合成從直流到的頻率信號(hào)，同時(shí)它的輸出相位連續(xù)，頻率穩(wěn)定度高。2總體設(shè)計(jì)方案3．1系統(tǒng)設(shè)計(jì)原理本文提出的采用DDS作為信號(hào)發(fā)生核心器件的全數(shù)控函數(shù)信號(hào)發(fā)生器設(shè)計(jì)方案，根據(jù)輸出信號(hào)波形類型可設(shè)置、輸出信號(hào)幅度和頻率可數(shù)控、輸出頻率寬等要求，選用了美國(guó)A/D公司的AD9850芯片，并通過(guò)單片機(jī)程序控制和處理AD9850的32位頻率控制字，再經(jīng)放大后加至以數(shù)字電位器為核心的數(shù)字衰減網(wǎng)絡(luò)，從而實(shí)現(xiàn)了信號(hào)幅度、頻率、類型以及輸出等選項(xiàng)的全數(shù)字控制。本系統(tǒng)主要由單片機(jī)、DDS直接頻率信號(hào)合成器、數(shù)字衰減電路、真有效值轉(zhuǎn)換模塊、A/D轉(zhuǎn)換模塊、數(shù)字積分選擇電路等局部組成。單片機(jī)AT89S52是整個(gè)系統(tǒng)關(guān)鍵局部，通過(guò)對(duì)鍵盤(pán)進(jìn)行掃描讀入相位信息，經(jīng)轉(zhuǎn)換后輸出到芯片AD9850，輸出波形。鍵盤(pán)輸入的數(shù)字信息經(jīng)AT89S52控制的LCD1602顯示3．2總體設(shè)計(jì)框圖系統(tǒng)構(gòu)成如下列圖3.1所示。LCD1602LCD1602鍵盤(pán)單片機(jī)AD9850低通濾波器信號(hào)輸出圖3.1系統(tǒng)框圖3系統(tǒng)的硬件設(shè)計(jì)因?yàn)楸菊n題的功能電路與相關(guān)部件較多，為了便于研制期間的調(diào)試與最終成品的產(chǎn)業(yè)化，所以系統(tǒng)的最后實(shí)現(xiàn)采用了模塊化的思想，即先把各個(gè)相關(guān)的電路與部件做成相互獨(dú)立的別離模塊，而系統(tǒng)的功能那么是通過(guò)各模塊間的級(jí)聯(lián)來(lái)完成的。下面將分別表達(dá)各功能模塊及其中所用到的器件、電路以及在系統(tǒng)設(shè)計(jì)、調(diào)試過(guò)程中應(yīng)該注意的問(wèn)題。3.2DDS芯片的選擇及與單片機(jī)之間的通信信號(hào)的產(chǎn)生與控制局部電路由DDS片AD9851與單片機(jī)AT89S52組成，用戶通過(guò)鍵盤(pán)輸入的信號(hào)要求被AT89S52接收，并經(jīng)其處理后將計(jì)算出的控制字傳送給AD9851，由AD9851產(chǎn)生頻率幅度可控的信號(hào)。下面以AD9851芯片為中心加以討論。DDS芯片選擇及引腳圖本系統(tǒng)采用了美國(guó)模擬器件公司生產(chǎn)的高集成度產(chǎn)品AD9851芯片。AD9851是在AD9850的根底上，做了一些改良以后生成的具有新功能的DDS芯片。AD9851相對(duì)于AD9850的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，只是多了一個(gè)6倍參考時(shí)鐘倍乘器，當(dāng)系統(tǒng)時(shí)鐘為180MHz時(shí)，在參考時(shí)鐘輸入端，只需輸入30MHz的參考時(shí)鐘即可。AD9851是由數(shù)據(jù)輸入存放器、頻率/相位存放器、具有6倍參考時(shí)鐘倍乘器的DDS芯片、10位的模/數(shù)轉(zhuǎn)換器、內(nèi)部高速比擬器這幾個(gè)局部組成。其中具有6倍參考時(shí)鐘倍乘器的DDS芯片是由32位相位累加器、正弦函數(shù)功能查找表、D/A變換器以及低通濾波器集成到一起。這個(gè)高速DDS芯片時(shí)鐘頻率可達(dá)180MHz，輸出頻率可達(dá)70MHz，分辨率為0.04Hz。AD9851采用28引腳的SSOP外表封裝，其引腳排列如圖3-5所示，各引腳定義如下：D0～D7：8位數(shù)據(jù)輸入口，可給內(nèi)部存放器裝入40位控制數(shù)據(jù)。PGND：6倍參考時(shí)鐘倍乘器地。PVCC：6倍參考時(shí)鐘倍乘器電源。W-CLK：字裝入信號(hào)，上升沿有效。FQ-UD：頻率更新控制信號(hào)，時(shí)鐘上升沿確認(rèn)輸入數(shù)據(jù)有效。FREFCLOCK：外部參考時(shí)鐘輸入。CMOS/TTL脈沖序列可直接或間接地加到6倍參考時(shí)鐘倍乘器上。在直接方式中，輸入頻率即是系統(tǒng)時(shí)鐘；在6倍參考時(shí)鐘倍乘器方式，系統(tǒng)時(shí)鐘為倍乘器輸出。AGND：模擬地。AVDD：模擬電源(+5Ｖ)。DGND：數(shù)字地。DVDD：數(shù)字電源(+5Ｖ)。RSET、DAC：外部復(fù)位連接端。VOUTN：內(nèi)部比擬器負(fù)向輸出端。VOUTP：內(nèi)部比擬器正向輸出端。VINN：內(nèi)部比擬器的負(fù)向輸入端。圖3-5AD9851管腳示意圖VINP：內(nèi)部比擬器的正向輸入端。DACBP：DAC旁路連接端。IOUTB：“互補(bǔ)〞DAC輸出。IOUT：內(nèi)部DAC輸出端。RESET：復(fù)位端。低電平去除DDS累加器和相位延遲器為0Hz和0相位，同時(shí)置數(shù)據(jù)輸入為串行模式以及禁止6倍參考時(shí)鐘倍乘器工作。3.2.2AD9851的串、并行通信AD9851的串行操作有兩種數(shù)據(jù)傳送方式，即從最高位開(kāi)始傳送和從最低位開(kāi)始傳送，這是由控制存放器1的第8位來(lái)決定的。默認(rèn)狀態(tài)為低電平，此時(shí)先傳送最高位，假設(shè)為高電平那么先傳送最低位。串行操作的時(shí)序如圖3-6所示。圖3-6控制字串行輸入時(shí)序圖在串行輸入方式,W-CLK上升沿把25引腳的一位數(shù)據(jù)串行移入,當(dāng)移動(dòng)40位后,用一個(gè)FQ_UD脈沖即可更新輸出頻率和相位。圖3-7是相應(yīng)的控制字串行輸入的控制時(shí)序圖。AD9851的復(fù)位(RESET)信號(hào)為高電平有效,且脈沖寬度不小于5個(gè)參考時(shí)鐘周期。AD9851的參考時(shí)鐘頻率一般遠(yuǎn)高于單片機(jī)的時(shí)鐘頻率,因此AD9851的復(fù)位(RESET)端可與單片機(jī)的復(fù)位端直接相連。圖3-7控制字并行輸入的時(shí)序圖在并行裝入方式中,通過(guò)8位總線D0-D7將可數(shù)據(jù)輸入到存放器,在重復(fù)5次之后再在FQ-UD上升沿把40位數(shù)據(jù)從輸入存放器裝入到頻率/相位數(shù)據(jù)存放器(更新DDS輸出頻率和相位),同時(shí)把地址指針復(fù)位到第一個(gè)輸入存放器。接著在W-CLK的上升沿裝入8位數(shù)據(jù),并把指針指向下一個(gè)輸入存放器,連續(xù)5個(gè)W-CLK上升沿后,W-CLK的邊沿就不再起作用,直到復(fù)位信號(hào)或FQ-UD上升沿把地址指針復(fù)位到第一個(gè)存放器。3.3單片機(jī)〔AT89S52〕控制電路AT89S52是一種低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K在系統(tǒng)可編程Flash存儲(chǔ)器。使用ATMEL公司高密度非易失性存儲(chǔ)器技術(shù)制造，與工業(yè)80C51產(chǎn)品指令和引腳完全兼容。片上Flash允許程序存儲(chǔ)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為眾多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高靈活、有效的解決方案。AT89S52具有以下標(biāo)準(zhǔn)功能：8k字節(jié)Flash、256字節(jié)RAM、32位I/O口線、看門(mén)狗定時(shí)器、2個(gè)數(shù)據(jù)指針、三個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器、一個(gè)6向量2級(jí)中斷結(jié)構(gòu)、全雙工串行口、片內(nèi)晶振及時(shí)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。空閑模式下，CPU停止工作，允許RAM、定時(shí)器/計(jì)數(shù)器、串口、中斷繼續(xù)工作。掉電保護(hù)方式下，RAM內(nèi)容被保存，振蕩器被凍結(jié)，單片機(jī)一切工作停止，直到下一個(gè)中斷或硬件復(fù)位為止。一般單片機(jī)需外接一個(gè)時(shí)鐘電路和一個(gè)復(fù)位電路，其設(shè)計(jì)為下：時(shí)鐘電路圖3-8時(shí)鐘電路XTAL1是片內(nèi)振蕩器的反相放大器輸入端，XTAL2那么是輸出端，使用外部振蕩器時(shí)，外部振蕩信號(hào)應(yīng)直接加到XTAL1，而XTAL2懸空。內(nèi)部方式時(shí)，時(shí)鐘發(fā)生器對(duì)振蕩脈沖二分頻，如晶振為12MHz，時(shí)鐘頻率就為6MHz。晶振的頻率可以在1MHz-24MHz內(nèi)選擇。電容取30PF左右。AT89C52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)放大器與作為反應(yīng)元件的片外石英晶體或者陶瓷諧振器一起構(gòu)成自激振蕩器。片外石英晶體或者陶瓷諧振器及電容C1、C2接在放大器的反應(yīng)回路中構(gòu)成并聯(lián)振蕩電路。對(duì)外接電容C1、C2雖然沒(méi)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上下、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。復(fù)位電路AT89C52的外部復(fù)位電路有上電自動(dòng)復(fù)位和手動(dòng)按鍵復(fù)位。上電復(fù)位電容充電來(lái)實(shí)現(xiàn)。手動(dòng)按鍵復(fù)位又分為按鍵電平復(fù)位和按鍵脈沖復(fù)位。按鍵電平復(fù)位電路是在普通RC復(fù)位電路的根底上接一個(gè)有下拉電阻100K、上拉電容10μf接VCC,電源由開(kāi)關(guān)接至復(fù)位腳〔和上拉電容并聯(lián)〕，上拉電容支路負(fù)責(zé)在“上電〞瞬間實(shí)施復(fù)位；開(kāi)關(guān)通過(guò)100K下拉電阻分壓器，保證對(duì)單片機(jī)實(shí)施按鍵電平復(fù)位。電路圖如下列圖所示：圖3-9復(fù)位電路單片機(jī)控制電路圖圖3-10單片機(jī)控制電路原理圖P0口：P0口是一個(gè)8位漏極開(kāi)路的雙向I/O口。作為輸出口，每位能驅(qū)動(dòng)8個(gè)TTL邏輯電平。對(duì)P0端口寫(xiě)“1”時(shí)，引腳用作高阻抗輸入。當(dāng)訪問(wèn)外部程序和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，P0口也被作為低8位地址/數(shù)據(jù)復(fù)用。在這種模式下，P0具有內(nèi)部上拉電阻。在flash編程時(shí)，P0口也用來(lái)接收指令字節(jié)；在程序校驗(yàn)時(shí)，輸出指令字節(jié)。程序校驗(yàn)時(shí)，需要外部上拉電阻。P1口：P1口是一個(gè)具有內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，P1輸出緩沖器能驅(qū)動(dòng)4個(gè)TTL邏輯電平。對(duì)P1端口寫(xiě)“1”時(shí)，內(nèi)部上拉電阻把端口拉高，此時(shí)可以作為輸入口使用。作為輸入使用時(shí)，被外部拉低的引腳由于內(nèi)部電阻的原因，將輸出電流。此外，P1.0和P1.2分別作定時(shí)器/計(jì)數(shù)器2的外部計(jì)數(shù)輸入〔P1.0/T2〕和時(shí)器/計(jì)數(shù)器2的觸發(fā)輸入〔P1.1/T2EX〕，在flash編程和校驗(yàn)時(shí)，P1口接收低8位地址字節(jié)。P2口：P2口是一個(gè)具有內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，P2輸出緩沖器。能驅(qū)動(dòng)4個(gè)TTL邏輯電平。對(duì)P2端口寫(xiě)“1”時(shí)，內(nèi)部上拉電阻把端口拉高，此時(shí)可以作為輸入口使用。作為輸入使用時(shí)，被外部拉低的引腳由于內(nèi)部電阻的原因，將輸出電流。在訪問(wèn)外部程序存儲(chǔ)器或用16位地址讀取外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器〔例如執(zhí)行MOVX@DPTR〕時(shí)，P2口送出高八位地址。在這種應(yīng)用中，P2口使用很強(qiáng)的內(nèi)部上拉發(fā)送1。在使用8位地址〔如MOVX@RI〕訪問(wèn)外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，P2口輸出P2鎖存器的內(nèi)容。在flash編程和校驗(yàn)時(shí)，P2口也接收高8位地址字節(jié)和一些控制信號(hào)。單片機(jī)與AD9851的接口單片機(jī)與AD9851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(yīng)在單片機(jī)資源允許的情況下盡可能選擇并行方式,本文重點(diǎn)介紹其并行方式的接口。P3.1I/O方式并行接口I/O方式的并行接口電路比擬簡(jiǎn)單,但占用單片機(jī)資源相對(duì)較多,圖3-11是I/O方式并行接口的電路圖,AD9851的數(shù)據(jù)線D0~D7與P1口相連,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(shí)序關(guān)系均可通過(guò)軟件控制實(shí)現(xiàn)。圖3.11AT89S52與AD9851的電路連接圖3.4液晶顯示模塊LCD1602的主要性能1602型LCD可以顯示2行16個(gè)字符，有8位數(shù)據(jù)總線D0～D7和RS，R/W，EN三個(gè)控制端口，工作電壓為5V，并且具有字符比照度調(diào)節(jié)和背光功能[6]。1602型LCD的接口信號(hào)說(shuō)明，如表3.1所示：表3.1LCD1602接口說(shuō)明編號(hào)符號(hào)引腳說(shuō)明編號(hào)符號(hào)引腳說(shuō)明1VSS電源地9D2DataI/O2VDD電源正極10D3DataI/O3VL液晶顯示偏壓信號(hào)11D4DataI/O4RS數(shù)據(jù)/命令選擇端〔H/L〕12D5DataI/O5R/W讀寫(xiě)選擇端〔H/L〕13D6DataI/O6E使能信號(hào)14D7DataI/O7D0DataI/O15BLA背光源正極8D1DataI/O16BLK背光源負(fù)極讀狀態(tài)：輸入：RS=L，RW=H，E=H 輸出：D0～D7=狀態(tài)字讀數(shù)據(jù)：輸入：RS=H，RW=H，E=H 輸出：無(wú)寫(xiě)指令：輸入：RS=L，RW=L，D0～D7=指令碼，E=高脈沖輸出：D0～D7=數(shù)據(jù)寫(xiě)數(shù)據(jù)：輸入：RS=H，RW=L，D0～D7=數(shù)據(jù)，E=高脈沖輸出：無(wú)LCD與單片機(jī)的連接圖3-12LCD與單片機(jī)的接口電路在實(shí)際的接線中，1602的DB0—DB7與89S52的P0口相接，RS與P3.5相接，R/W與P3.6相接，E與P3.7相接。VL與地之間接一個(gè)10K的滑動(dòng)變阻器來(lái)到1602初始顯示的調(diào)節(jié)。3.5低通濾波器的設(shè)計(jì)為了使輸出的頻率不受外界和一些雜波的干擾，需用一個(gè)低通濾波器(LPF)濾除高次諧波。常用的濾波器的頻率響應(yīng)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(nèi)沒(méi)有紋波，在靠近零頻處，有最平坦通帶，趨向阻帶時(shí)衰減單調(diào)增大，缺點(diǎn)是從通帶到阻帶的過(guò)渡帶最寬，對(duì)于帶外干擾信號(hào)的衰減作用最弱，過(guò)渡帶不夠陡峭，因此它適用于對(duì)通帶要求較高，而去除的頻率離通帶較遠(yuǎn)的情況;切比雪夫?yàn)V波器在通帶內(nèi)衰減在零值和一個(gè)上限值之間做等起伏變化，阻帶內(nèi)衰減單調(diào)增大，帶內(nèi)有起伏，但過(guò)渡帶比擬陡峭;橢圓濾波器不僅通帶內(nèi)有起伏，阻帶內(nèi)也有起伏，而且過(guò)渡帶陡峭。比擬起來(lái)，橢圓濾波器性能更好，本設(shè)計(jì)中采的是橢圓濾波器。具體電路圖如圖3-13所示。圖3-13濾波電路4信號(hào)發(fā)生器的軟件設(shè)計(jì)在應(yīng)用系統(tǒng)中，系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì)是建立在具體硬件電路根底之上，根據(jù)系統(tǒng)功能要求可靠地實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的各種功能。好的軟件設(shè)計(jì)能夠充分發(fā)揮微控制器的運(yùn)算和邏輯控制功能，從而提高儀器的精度和使用的方便性。4.1程序流程圖通過(guò)程序預(yù)置頻率，并實(shí)現(xiàn)對(duì)頻率步進(jìn)的控制，處理用戶由鍵盤(pán)鍵入的頻率值，判斷是否超出范圍，生成頻率控制字，經(jīng)并行方式送入DDS，合成用戶所需的頻率，并通過(guò)程序?qū)崿F(xiàn)頻率的顯示。程序流程圖如下：結(jié)束AT89C52初始化H結(jié)束AT89C52初始化HAD9851初始化鍵盤(pán)掃描正弦波LCD1602初始化開(kāi)始NY4.2鍵盤(pán)掃描流程圖鍵盤(pán)掃描鍵盤(pán)掃描按鍵s1是否按下選中千位按鍵s1是否按下選中百位按鍵s1是否按下選中十位按鍵s1是否按下選中個(gè)位否是是否否是否是圖4-2按鍵1掃描流程圖如下圖，鍵盤(pán)初始化后掃描鍵盤(pán)，依次掃描3個(gè)按鍵，每個(gè)按鍵都編有延時(shí)去抖的程序，如果s1鍵按每按下一次下，那么通過(guò)LCD中看出選中千位、百位、十位和各位中的哪一位，并通過(guò)s2和s3來(lái)改變相應(yīng)的數(shù)值。鍵盤(pán)掃描鍵盤(pán)掃描按鍵s2是否按下頻率加一否是鍵盤(pán)掃描按鍵s3是否按下頻率減一否是圖4-3按鍵2、3的掃描流程圖鍵盤(pán)掃描鍵盤(pán)掃描按鍵s4是否按下相位加32否是圖4-3按鍵4的掃描流程圖如果s2鍵按下，頻率加一。如果s3鍵按下，那么頻率減一。如果s4鍵按下，那么相位增加32。4.3LCD的顯示圖4-41602的顯示流程圖本系統(tǒng)采用的1602的液晶顯示，可顯示兩行數(shù)據(jù)，每行16個(gè)數(shù)據(jù)。首先根據(jù)其指令編碼對(duì)其進(jìn)行初始化。但要注意，1602是一個(gè)慢顯示，所以對(duì)其讀寫(xiě)數(shù)據(jù)需要一定的延時(shí)，以待其完全接收。在顯示時(shí)，首先根據(jù)其地址分配，設(shè)定第一行的起始位置，再顯示第一行的內(nèi)容。第二行顯示同理。5局部系統(tǒng)的仿真和調(diào)試在仿真過(guò)程中，由于在proteus元件庫(kù)中沒(méi)有AD9851芯片，也沒(méi)有其他的DDS芯片可以代替，所以在仿真過(guò)程中，我只做了LCD的顯示模塊的仿真，其仿真結(jié)果如下：開(kāi)始仿真，LCD上第一行會(huì)顯示P：第二行會(huì)顯示f：圖5-1仿真結(jié)果1當(dāng)按鍵s1第一次按下時(shí)，再通過(guò)按鍵s2和s3調(diào)節(jié)千位數(shù)值，并會(huì)LED上顯示一個(gè)頻率的千位數(shù)值。圖5-2仿真結(jié)果2當(dāng)按鍵s1第二次按下時(shí)，再通過(guò)按鍵s2和s3調(diào)節(jié)千位數(shù)值，并會(huì)LED上顯示