【正文】 =======================畢業(yè)設計 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 的理論分析與參數計算 ............................................................................... 2 DDS 的基本原理 ................................................................................................ 2 參數計算 ............................................................................................................. 3 信號發(fā)生芯片選擇 ................................................................................................ 4 第 2 章 系統(tǒng)硬件設計 ................................................................................................. 5 系統(tǒng)總體設計 ......................................................................................................... 5 單片機介紹及與 AD9835(DDS)連接電路 ............................................................ 5 單片機 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 轉換子程序流程圖 ....................................................................................... 21 展 望 ........................................................................................................................... 22 致 謝 ........................................................................................................................... 23 參考文獻 ..................................................................................................................... 24 附錄一 ......................................................................................................................... 25 附錄二 ......................................................................................................................... 26 河南機電高等專科學校畢業(yè)設計 1 緒 論 基于單片機的正弦波信號發(fā)生器設計 ,該課題的設計目的是充分運用大學期間所學的專業(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)的設計全過程。通過單片機控制一個有特殊功能的信號發(fā)生芯片，可以產生一系列有規(guī)律的幅度和頻率可調的波形。這樣一個信號發(fā)生裝置在控制領域有相當廣泛的應用范圍。 直接數字頻率合成 （ DDS） 是近年來發(fā)展起來的一種新的頻率合成技術。其主要優(yōu)點是相對帶寬很寬、頻率轉換時間極短（ 可小于 20ns）、頻率分辨率很高、全數字化結構便于集成、輸出相位連續(xù)、頻率、相位和幅度均可實現程控。因此，能夠與計算機緊密結合在一起，充分發(fā)揮軟件的作用。作為應用，現在已有 DDS產品用于接收機本振、信號發(fā)生器、通信系統(tǒng)、雷達系統(tǒng)、跳頻通信系統(tǒng)等。 本文介紹一種由直接數字頻率合成 （ DDS） 芯片 AD9835 設計的正弦信號發(fā)生器，該芯片 支持高達 50MHz 的時鐘頻率，可以產生最高可達 25MHz 的正弦波形。通過單片機控制完全可以滿足設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技術領域進行了介紹；第一章對系統(tǒng)所要完成的功能和可擴展的功能進行描述，確定系統(tǒng)的設計方案主要元器件的選擇。第二章對系統(tǒng)的硬件結構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，最后對整篇文章進行了總結。 河南機電高等?？茖W校畢業(yè)設計 2 第 1章 系統(tǒng)概述和方案 引言 信號發(fā)生器的實現方法有多種， 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。根據設計要求，又基于 DDS 芯片 AD9835 在正弦波產生方面的 優(yōu)良特性，這里提出一種基于 DDS AD9835 的正弦波信號發(fā)生器的設計方案。 本次設計的基于單片機的信號發(fā)生器設計就是設計一個單片機控制系統(tǒng)，對信號發(fā)生芯片進行的控制。通過這個單片機對信號發(fā)生芯片進行精密控制，實現對波形的頻率及幅度的控制。這些控制可以通過鍵盤設定，這就要求對選擇的信號發(fā)生芯片，選用的單片機有初步的了解，并且對整個系統(tǒng)的結構有個 合理的分配。 方案選擇 方案一：直接利用單片機編程產生正弦波。 優(yōu)點：簡化了產生正弦波的硬件和軟件，電路結構簡單。 缺點：編程復雜，波形失真較大，不能達到要求輸出的高頻率信號。 方案二：利用單片機控制直接數字頻率合成芯片 （ DDS） 產生的正弦波，通過單片機，鍵盤， LED 數碼管顯示實現波形的數字控制。 優(yōu)點：控制簡單，波形效果好，頻率帶寬。 缺點：硬件電路復雜。 為了滿足設計要求，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 —— 相位數據表格，經過查表操作將讀出的數據送到高速 DAC 產生正弦波?？删幊?DDS 系統(tǒng)原理如同所示： 河南機電高等專科學校畢業(yè)設計 3 N 位相 位 累加 器正 弦余 弦 表數 ∕ 模轉 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 。 M：相位累加器實際對 ROM 尋址的位數 。 S： ROM 輸出正弦信號 (離散化 )的位數 。 位數：相位累加器的位數 ,滿足位數 =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∕模轉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 為相位寄存器構成，類似于一個簡單的計數器。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據與累加寄存器輸出的累加相位數據相加，把相加結果送至累加寄存器的數據輸入端。相位累加器進入線性相位累加，累加至滿量程時產生一次計數溢出，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字幅度信息，每個地址對應于正弦波中 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據作為一個地址對正弦查詢表進行尋址，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。 參數計算 對于計數容量為 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