【正文】 耗提供速度高達(dá)400掌握直接數(shù)字頻率合成（DDS）芯片AD9951/9952的工作原理和管腳功能，設(shè)計(jì)一個(gè)由AT89S52單片機(jī)、AD9951/9952芯片、1602點(diǎn)陣式字符型液晶顯示模塊和小鍵盤(pán)構(gòu)成的精密信號(hào)發(fā)生器。這就要求設(shè)計(jì)信號(hào)發(fā)生器要解決怎樣獲得穩(wěn)定，準(zhǔn)確，連續(xù)可調(diào)的頻率輸出的問(wèn)題，解決這一問(wèn)題的一個(gè)較好的方法就是使用頻率合成技術(shù)。隨著微電子技術(shù)的迅速發(fā)展，直接數(shù)字頻率合成器得到了飛速的發(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。在本設(shè)計(jì)中為了獲得低成本，高性能的信號(hào)發(fā)生器，采用了直接數(shù)字頻率合成技術(shù)，用一片Analog Devices公司的單DDS集成芯片和微控制器組合進(jìn)行設(shè)計(jì)，達(dá)到了預(yù)期的設(shè)計(jì)效果。相位累加器由Ｎ位加法器與Ｎ位相位寄存器級(jí)聯(lián)構(gòu)成，類(lèi)似于一個(gè)簡(jiǎn)單的加法器。當(dāng)相位累加器累加滿量時(shí)，就會(huì)產(chǎn)生一次溢出，完成一個(gè)周期性的動(dòng)作，這個(gè)周期就是合成信號(hào)的一個(gè)周期，累加器的溢出頻率也就是DDS的合成信號(hào)的頻率。 其時(shí)域輸出為： 對(duì)其做傅氏變換得到頻域響應(yīng)： 由上式看出，理想DDS輸出頻譜中只有采樣時(shí)鐘及輸入頻率的混合產(chǎn)物，其主要雜波分量遵循Nyquist抽樣定理，雜波分量出現(xiàn)在參考頻率與輸出頻率的組合處，即：Nfc177。在fo處的信號(hào)最強(qiáng)，距輸出頻率最近的雜波分量為fe—fo(見(jiàn)圖3所示)，而無(wú)新增頻率分量，在DAC之后只要接入一高性能低通濾波器，就可得到期望的輸出頻率。DDS輸出頻率的分辨率和頻點(diǎn)數(shù)隨相位累加器的位數(shù)的增長(zhǎng)而呈指數(shù)增長(zhǎng)，分辨率高達(dá)μＨｚ。DDS的相位噪聲主要取決于參考源的相位噪聲。本設(shè)計(jì)選用的是美國(guó)模擬器件公司的單片DDS集成器件AD9851。 單電源供電。AD9952包含一個(gè)高速比較器；AD9953具有用于非線性相位/頻率掃描的RAM；AD9954則含一個(gè)高速比較器、RAM和自動(dòng)線性頻率掃描功能。它內(nèi)置高速、高性能D/A轉(zhuǎn)換器，可用為數(shù)字編程控制的頻率合成器，能產(chǎn)生160MHz的模擬正弦波。圖32 AD9951內(nèi)部結(jié)構(gòu)圖：硬件總體框圖如圖41所示：圖41整個(gè)系統(tǒng)上電后,單片機(jī)啟動(dòng)DDS、對(duì)LCD進(jìn)行初始化，送到LCD顯示，并把LCD顯示的內(nèi)容轉(zhuǎn)換為DDS的頻率數(shù)據(jù)，送到已經(jīng)啟動(dòng)DDS芯片中，輸出相應(yīng)的頻率。89CXX與89SXX可以兼容?？臻e模式下，CPU暫停工作，而RAM定時(shí)計(jì)數(shù)器，串行口，外中斷系統(tǒng)可繼續(xù)工作，掉電模式凍結(jié)振蕩器而保存RAM的數(shù)據(jù)，停止芯片其它功能直至外中斷激活或硬件復(fù)位。因此，系統(tǒng)有關(guān)參數(shù)的斷電保存非常重要。它通過(guò)SDA（串行數(shù)據(jù)線）及SCL（串行時(shí)鐘線）兩根線在連到總線上的器件之間傳送信息，并根據(jù)地址識(shí)別每個(gè)器件，單片機(jī)就是通過(guò)這兩根線對(duì)24C02控制的。第5腳SDA為串行數(shù)據(jù)輸入/輸出，數(shù)據(jù)通過(guò)這條雙向I2C總線串行傳送。與MCU的傳輸可采用8位并行傳輸或4位并行傳輸兩種方式。字符型液晶顯示器專(zhuān)門(mén)用于顯示數(shù)字、字母、圖形符號(hào)并可顯示少量自定義符號(hào)。表42單片機(jī)整機(jī)控制電路如圖47圖47 AD9951應(yīng)用電路 AD9951外圍引腳電路配置說(shuō)明 電路圖如圖48所示：圖48注：凡是AD9951芯片注明是DGND的引腳接數(shù)字地、注明是AGND的引腳接模擬地、注明是DVDD的引腳接數(shù)字電壓，取決于不同的引腳說(shuō)明，第43引腳（DVDDI/O），而第34引腳（DVDD）.第1引腳（I/O UPDATE），在該引腳的上升沿可把內(nèi)部緩沖存儲(chǔ)器中的內(nèi)容送到I/O寄存器中。第20引腳（/IOUT）信號(hào)輸出端，使用時(shí)應(yīng)接一個(gè)電阻到AVDD，第21引腳（IOUT）信號(hào)輸出端，應(yīng)接一個(gè)電阻到AVDD，并通過(guò)低通濾波后輸出。第36腳（RESET）芯片復(fù)位端 ，高電平復(fù)位。采用2線串口操作時(shí)，SDO不用，可以不連，本應(yīng)用電路圖中此腳懸空不用，采用2線串口操作。作為串行數(shù)據(jù)輸入端。本電路圖將此腳接地。其電路圖如圖410所示。電平的要求是：第43引腳（DVDDI/O），第34引腳（DVDD）. 電源電路圖如圖411。負(fù)責(zé)用戶輸入所需各種頻率的鍵盤(pán)中斷管理程序。整個(gè)系統(tǒng)的程序結(jié)構(gòu)框圖如圖51所示。狀態(tài)鍵是用來(lái)進(jìn)行狀態(tài)切換，即正常模式和晶振校正模式之間的切換。 //開(kāi)看門(mén)狗 beep=0。 //喂狗 trans_FTW()。 //初始化AD9951 dog_eat()。 key=key_port。 //校準(zhǔn)鍵程序 case 0xfd: save()。delay5ms(10)。 //左移鍵程序 case 0xef: move_right()。 //減一鍵程序 case 0xbf: data_add()。}break。對(duì)相位、幅度不作相應(yīng)的控制要求，所以對(duì)相位幅度的設(shè)置采用默認(rèn)狀態(tài)，以下是在本設(shè)計(jì)中對(duì)AD9951內(nèi)部寄存器的相關(guān)設(shè)置。ASF寄存器的設(shè)置：本應(yīng)用電路OSK不被編程操作故采用ASF寄存器默認(rèn)輸出，可設(shè)置為00 00 H。初始化可以設(shè)置為06906907H對(duì)相位偏置寄存器POW0的設(shè)置：本應(yīng)用電路選擇的是相位零偏移 故可設(shè)POW=0，因此=0，設(shè)置送入到此寄存器的數(shù)據(jù)是：00 00 H。CFR2寄存器的地址為0x01H。SCLK剩下的上升沿是留給通信周期第二個(gè)階段的。傳完所有數(shù)字字節(jié)后，一個(gè)通信周期完成。指令階段后接著是通訊階段，傳送對(duì)應(yīng)于字節(jié)數(shù)的幾個(gè)通信周期。以輸出頻率F=90MHz計(jì)算，F(xiàn)*2n=5 5D 4A 80 00 00 00 00。因此，在這里要做一個(gè)8字節(jié)除以4字節(jié)的除法程序。即在C代碼中生成一個(gè)空函數(shù)（只聲明，不定義），然后用匯編語(yǔ)言編寫(xiě)該函數(shù)的功能并單獨(dú)用一文件保存，再把該文件加入工程文件即可。函數(shù)名的轉(zhuǎn)換關(guān)系：說(shuō)明符號(hào)名解釋Void func(void)FUNC無(wú)參數(shù)傳遞或不含寄存器參數(shù)的函數(shù)名不作改變轉(zhuǎn)如目標(biāo)文件中名字不作改變。由于KEILC在當(dāng)前寄存器中只能傳遞一個(gè)long型參數(shù)，所以另外一個(gè)long型參數(shù)只能采用絕對(duì)存儲(chǔ)變量來(lái)傳遞，即用 _at_關(guān)鍵字來(lái)聲明一個(gè)全局變量，因?yàn)闉樗峙淞艘粋€(gè)固定的地址，所以在匯編程序中只要從該地址中把校正晶振頻率數(shù)據(jù)取出即可。直至做到被除數(shù)(差值)小于除數(shù)為止。傳遞入口除數(shù)。傳遞入口被除數(shù)。 商、商緩存清零。對(duì)其初使化過(guò)程是：LCD開(kāi)機(jī)復(fù)位，寫(xiě)入指令38H，功能設(shè)定為8位，2行，5*7點(diǎn)陣；寫(xiě)入指令08H，LCD關(guān)閉，寫(xiě)入指令01H，清屏；寫(xiě)入指令06H，AC遞減，設(shè)置成從地低位址往高位地址顯示；寫(xiě)入指令0dH，LCD光標(biāo)不顯示、光標(biāo)閃爍；與LCD有關(guān)的幾個(gè)函數(shù)說(shuō)明如下：void Delay5Ms(void) 延時(shí)為5Ms的延時(shí)函數(shù)；void lcd_wait(void) 用于檢測(cè)LCD是否忙，忙的話就等待；void lcd_writer(void) 向LCD寫(xiě)數(shù)據(jù)；void lcd_enable(void) LCD寫(xiě)控制，LCD允許void lcd_init(void) 完成LCD初始化工作參數(shù)void lcd_mark(unsigned char position) 光標(biāo)定位于position地址；void lcd_xiebit(unsigned char position,unsigned char xiedata) LCD寫(xiě)位，且光標(biāo)停置，用于改變某一顯示地址上的數(shù)據(jù)的；void lcd_xie(unsigned char *ppr) LCD刷屏，用于改變整屏顯示數(shù)據(jù)；該函數(shù)的流程圖如圖55所示。I2C總線的控制完全由掛接在總線上的主器件送出的地址和數(shù)據(jù)決定。在初始化AT24C02的程序中加有空片檢查的功能，即如果AT24C02碼片是空的，則在開(kāi)機(jī)時(shí)給它寫(xiě)一個(gè)180MHz的數(shù)據(jù)，如果AT24C02中有有效的數(shù)據(jù)，則讀出該數(shù)據(jù)作為系統(tǒng)的晶振頻率參數(shù)。void ask(void)：發(fā)送應(yīng)答位子函數(shù)。軟件看門(mén)狗的特性如下：本身獨(dú)立工作，基本上不依賴CPU；CPU在一個(gè)固定的時(shí)間間隔內(nèi)和系統(tǒng)打一次交道（喂一次狗），以表明系統(tǒng)目前工作正常。然后根據(jù)看門(mén)狗的定時(shí)時(shí)間來(lái)設(shè)定定時(shí)器初值。我們還可以在定時(shí)器中斷服務(wù)程序中放置一條LJMP ERR指令，即可使程序轉(zhuǎn)向出錯(cuò)處理程序；由出錯(cuò)程序來(lái)完成以后的工作，并用軟件的方法使系統(tǒng)復(fù)位。 sfr WDTRST = 0xA6。While (1){WDTRST=0x1E。本系統(tǒng)的硬件調(diào)試則比較麻煩，由于DDS芯片是數(shù)?；旌想娐范译娐返墓ぷ黝l率高，可達(dá)160MHZ，因此對(duì)電路的設(shè)計(jì)提出了較高的要求，對(duì)硬件電路的布板要精心考慮。解決的方法有二，其一是單片機(jī)做板的時(shí)候采用大面積鋪地的方法來(lái)減少干擾，其二就是采用看門(mén)狗電路來(lái)使單片機(jī)程序出錯(cuò)的時(shí)候產(chǎn)生復(fù)位信號(hào)，使單片機(jī)復(fù)位，以至程序重新運(yùn)行，從而達(dá)到抗干擾的目的！(2) 測(cè)量?jī)x表的精度問(wèn)題，該系統(tǒng)的計(jì)算頻率控制字的算法理論上精度是1HZ，但目前實(shí)驗(yàn)室沒(méi)有在0—160MHZ精度能超過(guò)1HZ的頻率計(jì)，這給系統(tǒng)的精確測(cè)試和校準(zhǔn)帶來(lái)極大的困難。而當(dāng)把地線的面積擴(kuò)大，比如接到一大的金屬導(dǎo)體或接到計(jì)算機(jī)地時(shí)這種現(xiàn)象減輕了。(4) 晶振溫度對(duì)系統(tǒng)影響問(wèn)題。而且，要想進(jìn)行相對(duì)準(zhǔn)確的測(cè)量，減小測(cè)量誤差，一般需要對(duì)整機(jī)充分預(yù)熱兩分鐘后方可進(jìn)行。在這里對(duì)他們的幫助表示最真誠(chéng)