【正文】 =======================畢業(yè)設(shè)計 目錄 緒論 ............................................................................................................................... 1 第 1 章 系統(tǒng)概述和方案 ............................................................................................. 2 引言 ........................................................................................................................ 2 方案選擇 ................................................................................................................. 2 DDS 的理論分析與參數(shù)計算 ............................................................................... 2 DDS 的基本原理 ................................................................................................ 2 參數(shù)計算 ............................................................................................................. 3 信號發(fā)生芯片選擇 ................................................................................................ 4 第 2 章 系統(tǒng)硬件設(shè)計 ................................................................................................. 5 系統(tǒng)總體設(shè)計 ......................................................................................................... 5 單片機(jī)介紹及與 AD9835(DDS)連接電路 ............................................................ 5 單片機(jī) AT89S51 介紹 ........................................................................................ 5 AD9835 芯片介紹 ................................................................................................ 7 信號發(fā)生電路 ......................................................................................................... 8 低通濾波電路 ....................................................................................................... 10 D∕A轉(zhuǎn)換及幅度控制電路 .................................................................................... 11 信號放大電路 ...................................................................................................... 13 顯示電路 .............................................................................................................. 14 鍵盤電路 .............................................................................................................. 16 電源電路 .............................................................................................................. 17 第 3 章 系統(tǒng)軟件流程圖 ........................................................................................... 19 主程序流程圖 ...................................................................................................... 19 鍵盤處理子程序流程圖 ...................................................................................... 20 D/A 轉(zhuǎn)換子程序流程圖 ....................................................................................... 21 展 望 ........................................................................................................................... 22 致 謝 ........................................................................................................................... 23 參考文獻(xiàn) ..................................................................................................................... 24 附錄一 ......................................................................................................................... 25 附錄二 ......................................................................................................................... 26 河南機(jī)電高等?？茖W(xué)校畢業(yè)設(shè)計 1 緒 論 基于單片機(jī)的正弦波信號發(fā)生器設(shè)計 ,該課題的設(shè)計目的是充分運用大學(xué)期間所學(xué)的專業(yè)知識 ,考察信號發(fā)生器的基本功能，完成一個基本的實際系統(tǒng)的設(shè)計全過程。通過單片機(jī)控制一個有特殊功能的信號發(fā)生芯片，可以產(chǎn)生一系列有規(guī)律的幅度和頻率可調(diào)的波形。這樣一個信號發(fā)生裝置在控制領(lǐng)域有相當(dāng)廣泛的應(yīng)用范圍。 直接數(shù)字頻率合成 （ DDS） 是近年來發(fā)展起來的一種新的頻率合成技術(shù)。其主要優(yōu)點是相對帶寬很寬、頻率轉(zhuǎn)換時間極短（ 可小于 20ns）、頻率分辨率很高、全數(shù)字化結(jié)構(gòu)便于集成、輸出相位連續(xù)、頻率、相位和幅度均可實現(xiàn)程控。因此，能夠與計算機(jī)緊密結(jié)合在一起，充分發(fā)揮軟件的作用。作為應(yīng)用，現(xiàn)在已有 DDS產(chǎn)品用于接收機(jī)本振、信號發(fā)生器、通信系統(tǒng)、雷達(dá)系統(tǒng)、跳頻通信系統(tǒng)等。 本文介紹一種由直接數(shù)字頻率合成 （ DDS） 芯片 AD9835 設(shè)計的正弦信號發(fā)生器，該芯片 支持高達(dá) 50MHz 的時鐘頻率，可以產(chǎn)生最高可達(dá) 25MHz 的正弦波形。通過單片機(jī)控制完全可以滿足設(shè)計所要求的正弦波信號的生成。 本文主要分六大部分：緒論、系統(tǒng)概述和方案、硬件部分、軟 件部分，展望和致謝。緒論，首先對課題研究背景和所涉及的相關(guān)技術(shù)領(lǐng)域進(jìn)行了介紹；第一章對系統(tǒng)所要完成的功能和可擴(kuò)展的功能進(jìn)行描述，確定系統(tǒng)的設(shè)計方案主要元器件的選擇。第二章對系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)和各部分組成作了簡要的介紹和講解；第三章是軟件部分，這部分重點介紹了主程序的流程框圖及各個子程序的流程框圖，最后對整篇文章進(jìn)行了總結(jié)。 河南機(jī)電高等?？茖W(xué)校畢業(yè)設(shè)計 2 第 1章 系統(tǒng)概述和方案 引言 信號發(fā)生器的實現(xiàn)方法有多種， 傳統(tǒng)的波形發(fā)生器通常由晶體管、運放 IC 等分離元件制成。與此相比 ,基于集成芯片的波形發(fā)生器具有高頻 信號輸出、波形穩(wěn)定、控制簡便等特點，且大多能產(chǎn)生 正弦波、矩形波（含方波）和三角波（含鋸齒波）等多種波形。根據(jù)設(shè)計要求，又基于 DDS 芯片 AD9835 在正弦波產(chǎn)生方面的 優(yōu)良特性，這里提出一種基于 DDS AD9835 的正弦波信號發(fā)生器的設(shè)計方案。 本次設(shè)計的基于單片機(jī)的信號發(fā)生器設(shè)計就是設(shè)計一個單片機(jī)控制系統(tǒng)，對信號發(fā)生芯片進(jìn)行的控制。通過這個單片機(jī)對信號發(fā)生芯片進(jìn)行精密控制，實現(xiàn)對波形的頻率及幅度的控制。這些控制可以通過鍵盤設(shè)定，這就要求對選擇的信號發(fā)生芯片，選用的單片機(jī)有初步的了解，并且對整個系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)有個 合理的分配。 方案選擇 方案一：直接利用單片機(jī)編程產(chǎn)生正弦波。 優(yōu)點：簡化了產(chǎn)生正弦波的硬件和軟件，電路結(jié)構(gòu)簡單。 缺點：編程復(fù)雜，波形失真較大，不能達(dá)到要求輸出的高頻率信號。 方案二：利用單片機(jī)控制直接數(shù)字頻率合成芯片 （ DDS） 產(chǎn)生的正弦波，通過單片機(jī)，鍵盤， LED 數(shù)碼管顯示實現(xiàn)波形的數(shù)字控制。 優(yōu)點：控制簡單，波形效果好，頻率帶寬。 缺點：硬件電路復(fù)雜。 為了滿足設(shè)計要求，取得較好的效果，顯然方案二較為理想。 DDS 的理論分析與參數(shù)計算 DDS 的基本原理 DDS 的基 本原理是：在高速存儲器中放入正弦函數(shù) —— 相位數(shù)據(jù)表格，經(jīng)過查表操作將讀出的數(shù)據(jù)送到高速 DAC 產(chǎn)生正弦波?？删幊?DDS 系統(tǒng)原理如同所示： 河南機(jī)電高等?？茖W(xué)校畢業(yè)設(shè)計 3 N 位相 位 累加 器正 弦余 弦 表數(shù) ∕ 模轉(zhuǎn) 換 器D A C低 通濾 波 器L P F頻 率 控 制 字 KF C W N 位M 位S 位F o u t系 統(tǒng) 時 鐘f c l k N：相位 ,累加器位數(shù) 。 M：相位累加器實際對 ROM 尋址的位數(shù) 。 S： ROM 輸出正弦信號 (離散化 )的位數(shù) 。 位數(shù)：相位累加器的位數(shù) ,滿足位數(shù) =NM 圖 131 DDS 的基本原理圖 DDS 系統(tǒng)由頻率控制字，相位累加器，正弦查詢 表，數(shù)∕模轉(zhuǎn)換器和低通濾波器組成，參考時鐘為高穩(wěn)定度餓晶體振蕩器，其輸出用于同步 DDS 各組成部分的工作。 DDS 系統(tǒng)的核心是相位累加器，它由 N 為相位寄存器構(gòu)成，類似于一個簡單的計數(shù)器。每來一個時鐘脈沖，相位寄存器的輸出就增加一個步長的相位增 量值，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，把相加結(jié)果送至累加寄存器的數(shù)據(jù)輸入端。相位累加器進(jìn)入線性相位累加，累加至滿量程時產(chǎn)生一次計數(shù)溢出，這個溢出頻率即為 DDS 的輸出頻率。正弦查詢表是一個可編程只讀存儲器 (PROM)，存儲的是以相位為地址的一個周期正 弦信號的采樣編碼值，包含一個周期正弦波的數(shù)字幅度信息，每個地址對應(yīng)于正弦波中 0186。~360186。范圍的一個相位點將相位寄存器的輸出與相位控制字相加得到的數(shù)據(jù)作為一個地址對正弦查詢表進(jìn)行尋址，查詢表把輸入的地址相位信息映射成正弦波幅度信號驅(qū)動DAC，輸出模擬信號。低通濾波器平滑并濾除不需要的取樣分量，以便輸出頻譜純凈的正弦信號。 參數(shù)計算 對于計數(shù)容量為 2n 的相位累加器和具有 M 個相位取樣點的正弦波形存儲器，若頻率控制字為 K，輸出信號頻率為 f0，參考時鐘頻率為 fc，則 DDS 系統(tǒng)輸出信號的頻率為 f0=(k∕ 2n)fc 輸出信號的頻率分辨率為