【正文】 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 基于 AT89S52 單片機(jī)的 DDS 信號(hào)發(fā)生器設(shè)計(jì) 摘 要 信號(hào)發(fā)生器又稱信號(hào)源或振蕩器在生產(chǎn)實(shí)踐和科技領(lǐng)域中有著廣泛的應(yīng)用各種波形曲線均可以用三角函數(shù)方程式來(lái)表示例如在通信廣播電視系統(tǒng)中都需要射頻高頻發(fā)射這里的射頻波就是載波把音頻低頻視頻信號(hào)或脈沖信號(hào)運(yùn)載出去就需要能夠產(chǎn)生高頻的振蕩器在工業(yè)農(nóng)業(yè)生物醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域內(nèi)如高頻感應(yīng)加熱熔煉淬火超聲診斷核磁共振成像等都需要功率或大或小頻率或高或低的振蕩器 本設(shè)計(jì)主要有三大模塊主控制器模塊信號(hào)發(fā)生模塊和 液晶顯示模塊采用AT89S52 單片機(jī)為主控制器由它來(lái)控制 DDS 芯片 AD9835 再通過(guò) DAC0832 它是一個(gè) 8 位的數(shù)模轉(zhuǎn)換器可以完成數(shù)字量輸入到模擬量輸出的轉(zhuǎn)換然后經(jīng)運(yùn)放調(diào)節(jié)電壓幅度產(chǎn)生 1MHz～ 15MHz 的正弦波和方波最后由液晶屏顯示液晶屏采用的是四線電阻觸摸式其重點(diǎn)討論了 AD9835 基本工作原理 DAC 數(shù)模轉(zhuǎn)換及其與 89S52單片機(jī)控制系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)和軟件設(shè)計(jì)框圖此外還增加了觸摸屏應(yīng)用起來(lái)比較方便 關(guān)鍵詞單片機(jī) 89S52AD9835 芯片 DAC0832 觸摸屏 Abstract Signal generator is signal power or oscillator in production practice and science and technology has been widely used in the field Various waveform curve can be expressed by trigonometric function equations For example in telemunications broadcasting and television systems highfrequency radio frequency need emission here is the carrier of radio frequency waves video and audio low signals or carrying out the pulse signal need to be able to produce highfrequency oscillator In industry agriculture biomedical fields such as in highfrequency heating smelting quenching ultrasonic diagnosis nuclear magic resonance imaging etc all need power or big or small high or low frequency or the oscillator The three main module design control module signal module and LCD module AT89S52 SCM mainly adopted by it to control the controller chip AD9835 DAC0832 through spurious again it is a of 8 bits can be pleted digitaltoanalog converters digital input to the analog output conversion then the opamp regulation to meet the requirements of the voltage waveform finally by the display on the LCD panel LCD USES is four line resistance feeling This paper discusses the basic principle of work and AD9835 89S52 interface the single chip microputer control system the hardware structure and software design working principle and touch screen Key words SCMAD9835 chipDAC0832TouchScreen 目 錄 1 緒論 1 11 課題研究的意義與作用 1 12 DDS 的研究現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì) 1 13 DDS 系統(tǒng)簡(jiǎn)介 2 DDS 的基本原理 2 的性能特點(diǎn) 3 2 系統(tǒng)設(shè)計(jì) 4 21 系統(tǒng)組成 4 22 方案論證與比較 4 正弦波產(chǎn)生方案論證與選擇 4 幅度和頻率控制方案 6 模擬幅度調(diào)制 7 數(shù)字 PSKASK 載波調(diào)制 8 3 硬件電路模塊設(shè)計(jì) 10 31 正弦信號(hào)產(chǎn)生模塊 10 32 輸出電壓幅度控制 12 33 模擬和數(shù)字調(diào)制 13 35 觸摸屏顯示模塊 13 工作原理 13 硬件設(shè)計(jì) 13 4 單片機(jī) AT89S52 簡(jiǎn)介 16 41 AT89S52 的引腳及其功能 17 IO 口 19 P3 口的第二功能 20 42 特殊功能寄存器 20 5 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 22 51 如何進(jìn)行程序設(shè)計(jì) 22 52 流程圖 22 主流程圖 22 初始化 AD9835 23 結(jié) 論 25 參考文獻(xiàn) 26 附錄一電路原理圖 27 附錄二源程序 28 致 謝 37 1 緒論 11 課題研究的意義與作用 1971 年美國(guó)學(xué)者 j Tierney 等人撰寫的 A Digital Frequency Synthesizer文中首次提出了以全數(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的頻率合成原理限于當(dāng)時(shí)的技術(shù)和器件水平它的性能指標(biāo)尚不能與已有的技術(shù)相比故未受到重視近 10年間隨著微電子技術(shù)的迅速發(fā)展直接數(shù)字頻率合成器 Direct Digital Frequency Synthesis 簡(jiǎn)稱 DDS 或 DDFS 得到了飛速的發(fā)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)中的姣姣者具體體現(xiàn)在相對(duì)帶寬寬頻率轉(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 12 DDS 的研究現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì) 在頻率合成 FS Frequency Synthesis 領(lǐng)域中常用的頻率合成技術(shù)有模擬鎖相環(huán)數(shù)字鎖相環(huán)小數(shù)分頻鎖相環(huán) fractionalN PLL Synthesis 等直接數(shù)字合成 Direct Digital Synthesis－ DDSDDS 是產(chǎn)生高精度快速變換頻率輸出波形失真小的優(yōu)先選用技術(shù) DDS 以穩(wěn)定度高的參考時(shí)鐘為參考源通過(guò)精密的相位累加器和數(shù)字信號(hào)處理通過(guò)高速 DA 變換器產(chǎn)生所需 的數(shù)字波形通常是正弦波形這個(gè)數(shù)字波經(jīng)過(guò)一個(gè)模擬濾波器后得到最終的模擬信號(hào)波形 [1]如圖 11 所示通過(guò)高速DAC 產(chǎn)生數(shù)字正弦數(shù)字波形通過(guò)帶通濾波器后得到一個(gè)對(duì)應(yīng)的模擬正弦波信號(hào)最后該模擬正弦波與一門限進(jìn)行比較得到方波時(shí)鐘信號(hào) DDS 系統(tǒng)一個(gè)顯著的特點(diǎn)就是在數(shù)字處理器的控制下能夠精確而快速地處理頻率和相位除此之外 DDS 的固有特性還包括相當(dāng)好的頻率和相位分辨率頻率的可控范圍達(dá)μ Hz級(jí)相位控制小于 009176。能夠進(jìn)行快速的信號(hào)變換輸出 DAC的轉(zhuǎn)換速率 300 百萬(wàn)次秒這些特性使 DDS 在軍事雷達(dá)和通信系統(tǒng)中應(yīng)用日益廣泛 其實(shí) 以前 DDS 價(jià)格昂貴功耗大以前的功耗達(dá) Watt 級(jí) DAC 器件轉(zhuǎn)換速率不高應(yīng)用受到限制因此只用于高端設(shè)備和軍事上隨著數(shù)字技術(shù)和半導(dǎo)體工業(yè)的發(fā)展DDS 芯片能集成包括高速 DAC 器件在內(nèi)的部件其功耗降低到 mW 級(jí) AD9851 在 33v時(shí)功耗為 650mW功能增加了價(jià)格便宜因此 DDS也獲得廣泛的應(yīng)用現(xiàn)代電子器件通信技術(shù)醫(yī)學(xué)成像無(wú)線 PCSPCN 系統(tǒng)雷達(dá)衛(wèi)星通信例如如何產(chǎn)生方波如圖 11 方波輸出框圖 圖 11 方波輸出框圖 13 DDS 系統(tǒng)簡(jiǎn)介 DDS 的基本原理 DDS的基本原理是利用采樣定理通過(guò)查表法產(chǎn)生波形 DDS的結(jié)構(gòu) 有很多種其基本的電路原理可用圖 12 來(lái)表示 圖 12 DDS 原理圖 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(lái)一個(gè)時(shí)鐘脈沖ｆｓROM 的相位取樣地址這樣就可把存儲(chǔ)在波形存儲(chǔ)器內(nèi)的波形抽樣值二進(jìn)制編碼經(jīng)查找表查出完成相位到幅值轉(zhuǎn)換波形存儲(chǔ)器的輸出送到 D／ AD／ ADDS 在相對(duì)帶寬頻率轉(zhuǎn)換時(shí)間高分辨力相位連續(xù)性正交輸出以及集成化等一系列性能指標(biāo)方面遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過(guò)了傳統(tǒng)頻率合成技術(shù)所能達(dá)到的水平為系統(tǒng)提供了優(yōu)于模擬信號(hào)源的性能 的性能特點(diǎn) 1 輸出頻率相對(duì)帶寬較寬 輸出頻率帶寬為 50ｆ s40ｆ sDDS 是一 個(gè)開(kāi)環(huán)系統(tǒng)無(wú)任何反饋環(huán)節(jié)這種結(jié)構(gòu)使得 DDS的頻率轉(zhuǎn)換時(shí)間極短事實(shí)上在 DDS的頻率控制字改變之后需經(jīng)過(guò)一個(gè)時(shí)鐘周期之后按照新的相位增量累加才能實(shí)現(xiàn)頻率的轉(zhuǎn)換因此頻率轉(zhuǎn)換的時(shí)間等于頻率控制字的傳輸時(shí)間也就是一個(gè)時(shí)鐘周期的時(shí)間時(shí)鐘頻率越高轉(zhuǎn)換時(shí)間越短 DDS 的頻率轉(zhuǎn)換時(shí)間可達(dá)納秒數(shù)量級(jí)比使用其它的頻率合成方法都要短數(shù)個(gè)數(shù)量級(jí) 3 頻率分辨率極高 若時(shí)鐘ｆ sDDSＮ N即可獲得任意小的頻率分辨率目前大多數(shù) DDS的分辨率在１ Hz１ MHzDDS 輸出頻率實(shí)際上改變的每一個(gè)時(shí)鐘周期的相位增量相位函數(shù)的曲線是連續(xù)的 只是在改變頻率的瞬間其頻率發(fā)生了突變因而保持了信號(hào)相位的連續(xù)性 5 輸出波形的靈活性 只要在 DDS 內(nèi)部加上相應(yīng)控制如調(diào)頻控制 FM 調(diào)相控制 PM 和調(diào)幅控制 AM 即可以方便靈活地實(shí)現(xiàn)調(diào)頻調(diào)相和調(diào)幅功能產(chǎn)生 FSKPSKASK和 MSK等信號(hào)另外只要在 DDS 的波形存儲(chǔ)器存放不同波形數(shù)據(jù)就可以實(shí)現(xiàn)各種波形輸出如三角波鋸齒波和矩形波甚至是任意的