【正文】 .......................................................... 33 1第一章 緒論 論文設(shè)計(jì)背景和意義 在電子技術(shù)領(lǐng)域中，經(jīng)常要用一些信號(hào)作為測(cè)量基準(zhǔn)信號(hào)或輸入信號(hào)，也就是所謂的信號(hào)源。隨著微電子技術(shù)的迅速發(fā)展，直接數(shù)字頻率合成技術(shù)得 到了迅速的發(fā)展，它不同于人其他現(xiàn)代頻率合成技術(shù)的頻率合成，具有優(yōu)越的性能和特點(diǎn)。由于早期的信號(hào)發(fā)生器機(jī)結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，功率比較大，電路比較簡(jiǎn)單（和數(shù)字儀表相比，示波器），所以發(fā)展一直比較緩慢。隨著科學(xué)技術(shù)的不斷發(fā)展，人們進(jìn)入電子時(shí)代，分立器件已廣泛應(yīng)用于消費(fèi)電子，計(jì) 算機(jī)和外圍設(shè)備，網(wǎng)絡(luò)通信，汽車(chē)電子等領(lǐng)域， LED 顯示。 MAX038精度高，所以稱(chēng)為精密函數(shù)發(fā)生器 IC。 DDS 波形產(chǎn)生的數(shù) 據(jù)存入波形存儲(chǔ)器，以及輸入數(shù)據(jù)的時(shí)鐘頻率的作用下累積，其中部分?jǐn)?shù)據(jù)做為地址從存儲(chǔ)器讀出數(shù)據(jù)，數(shù)字信號(hào)的 D / A 轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的模擬電壓信號(hào)，最后通過(guò)低通濾波器獲得平滑的波形信號(hào) [3]。 例如合成正弦波，正弦波的幅值碼存在幅值表中，當(dāng)相位累加器的在時(shí)鐘 fc 的觸發(fā)下，對(duì)頻率控制字 K 積累，相位累加器輸出相位序列（即相位編碼）是用來(lái)找 ROM 的地址，得到一系列離散幅度編碼（即振幅編碼）。波形存儲(chǔ)器的輸出送到 D/A轉(zhuǎn)換器，D/A轉(zhuǎn)換器將數(shù)字量形式的波形幅值轉(zhuǎn)換成所要求合成頻率的模擬量形式信號(hào)。 液晶顯示模塊 功能分析 顯示模塊主要的功能就是將采集到的信息 實(shí)時(shí)的顯示出來(lái)。包括中央處理器 CPU、數(shù)據(jù)存貯器 RAM、程序存貯器 ROM、定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器和多種 I/O 接口電路。晶體振蕩器的頻率可以選擇在 ， 530pF 之間的電容值的電容值的大小選擇的調(diào)諧頻率的影響。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 [5]。 控制波形的加法器 要控制輸出信號(hào)波形可以通過(guò)改變波形控制字 W。 圖 36AD9850 引腳圖 圖 37 AD9850 組成框圖 AD9850 內(nèi)含可編程 DDS 系統(tǒng)和高速比較器，能實(shí)現(xiàn)全數(shù)字編程控制的頻率合成。該模塊是由同一類(lèi)型的 LCD點(diǎn)陣液晶顯示模塊程序相比，無(wú)論在硬件電路結(jié)構(gòu)或顯示程序更加簡(jiǎn)單，而且價(jià)格也略低于同一模塊的圖形點(diǎn)陣液晶顯示模塊 。設(shè)計(jì)變更將提高轉(zhuǎn)換率為 17V /μ S，增益帶寬高達(dá) 63 MHz 的。由小功率電源可以由圖 312 知，它是由電源變壓器，整流，濾波，穩(wěn)壓四部分組成穩(wěn)壓電路，圖 313 所示為電路的具體設(shè)計(jì)： 14 圖 312 穩(wěn)壓電源原理圖 T 圖 313 穩(wěn)壓電源設(shè)計(jì) （ 1）電源變壓器：交流電壓轉(zhuǎn)換成交流電壓整流電路所需的網(wǎng)格，一般規(guī)模較小的二次電壓。集成穩(wěn)壓電路模型或 lm79 /lm78后面的數(shù)字代表的系列三端集成穩(wěn)壓器電路的輸出電壓， lm7815 使輸出電壓的 15V， lm7915表明輸出電壓負(fù) 15v[8]。程序流程圖如圖 42所示。 本章小結(jié) 本章主要對(duì)系統(tǒng)軟件的設(shè)計(jì)流程做了詳細(xì)的介紹，并給出了的流程圖，主要有主程序的流程圖，以及鍵盤(pán)掃描的流程圖，顯示屏流程圖、 頻率程序流程圖 。 圖 51 keil 軟件界面圖 20 表 51 測(cè)試儀器 序號(hào) 儀器名稱(chēng) 儀器規(guī)格 數(shù)量 備注 1 數(shù)字示波器 TDS1012 1 Tektronic 2 萬(wàn)用表 DT9205A+ 1 山創(chuàng) / 3 電源變壓器 50Hz、 30v 1 深圳市華盛電子有限公司 電源測(cè)試數(shù)據(jù)記錄 表 52 電源測(cè)試數(shù)據(jù) 表 53 測(cè)試說(shuō)明： 按鍵 09：頻率設(shè)置； 按鍵 10：設(shè)置清零；按鍵 11：設(shè)置確定；按鍵 12：步進(jìn)加 10； 按鍵 13：步進(jìn)減 10；按鍵 14：步進(jìn)加 1；按鍵 15：步進(jìn)減 1； 通過(guò) op37放大器調(diào)幅電路調(diào)節(jié)正弦波的幅值。 該系統(tǒng)主要用了 STC89C52單片機(jī)、 DDS集成模塊、 4x4矩陣鍵盤(pán)、 LCD1286 op37等元器件，實(shí)現(xiàn)了對(duì)正弦波的產(chǎn)生及其控制，利用專(zhuān)用直接數(shù)字合成 DDS芯片的信號(hào)發(fā)生器 ,此系統(tǒng)設(shè)計(jì)是基于 DDS技術(shù)的信號(hào)發(fā)生器，是通過(guò)用單片機(jī)編程將控制字送入 DDS芯 AD9850，然后由 AD9850產(chǎn)生波形輸 出，即采用基于相位累加器的數(shù)字頻率合成法，利用直接數(shù)字合成芯片 AD9850產(chǎn)生波形。 //定義設(shè)置 頻率值 //*************************************************************// void Display_Freq(bit who)。 while(1) { Keynum=Key_Scan()。 } else if((Keynum==12 amp。amp。 if(who) { temp=Freq。 Lcd_WriteData((long)temp%10000/1000+0x30)。 sbit ad9850_fq_up=P3^6。 ad9850_w_clk=1。 //rest 信號(hào) ad9850_rest=0。 } //*************************************************************// void Send_Freq(double temp) { ad9850_reset_serial()。 Lcd_WriteCmd(0x88+3)。 else Freq。 Freq10)) { if(Keynum==12) Freq+=10。 } else if(Keynum==10) { Freq_Temp=0。 Lcd_Init()。 該設(shè)計(jì)使我又進(jìn)一步對(duì) 51單片機(jī)系列的認(rèn)識(shí)和應(yīng)用，雖然在制作過(guò)程中遇到種種問(wèn)題，但是還是盡力的去解決了，最終完成了 正弦波 發(fā)生器。誤差小的原因可能是應(yīng)為使用的是 AD9850集成的 DDS模塊，其 頻率分辨率極高，輸出的波形頻率較準(zhǔn)確，顯示的波形圖較平滑。 軟件編寫(xiě)的主體思路是將系統(tǒng)按功能模塊化劃分，然后根據(jù)模塊要實(shí)現(xiàn)的功能編寫(xiě)各個(gè)子程序。 鍵盤(pán)按鍵：按下 09鍵則進(jìn)行波形頻率設(shè)置，按下 11鍵進(jìn)行確認(rèn)，按下 1 14鍵實(shí)現(xiàn)頻率步進(jìn)加，按下 1 15鍵實(shí)現(xiàn)頻率步進(jìn)減，按下鍵 10則對(duì)設(shè)置清空。包含鍵盤(pán)掃描子程序、顯示子程序和頻率設(shè)定電子程序。直流電源是一個(gè)重要的組成部分，確定關(guān)鍵業(yè)績(jī)指標(biāo)的直流電源。能夠使低電平信號(hào)得到準(zhǔn)確的高增益放大 。 其中有 09 之間數(shù)字調(diào)節(jié)，步進(jìn)正負(fù) 1，以及步進(jìn)正負(fù) 10 調(diào)節(jié)，清零和確定按鍵。 * AD9850 模塊采用 125MHz 的有源晶振。注意， D/A 轉(zhuǎn)換器分辨率的頻率合成器有一定的要求， D /A轉(zhuǎn)換器的分辨率更高的合成正弦波的（ T）步數(shù)越多，輸出波形精度越高。在這種方式中，相位的累積作用下的 時(shí)鐘相位累加器。 圖 32 時(shí)鐘電路 圖 33復(fù)位電路 信號(hào)產(chǎn)生模塊設(shè)計(jì) DDS 結(jié)構(gòu) 直接數(shù)字頻率合成器（ Direct Digital Synthesizer）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)。 STC89C52 的 引腳結(jié)構(gòu)如圖： 圖 31單片機(jī) STC89C52 引腳結(jié)構(gòu)圖 8 時(shí)鐘電路 STC89C52 內(nèi)部振蕩器構(gòu)成一個(gè)高增益反相放大器，引腳 RXD 和 TXD 是放大器的輸入端和輸出端。其放大效果較為明顯。 主 控模 塊信 號(hào)產(chǎn) 生 模 塊顯 示模 塊放 大模 塊控 制輸 入 模 塊 圖 23功能框圖 主控模塊 功能分析 主控模塊是整個(gè)系統(tǒng)的控制核心，其他模塊都受到主控模塊的控制。累加寄存器將加法器在上一個(gè)時(shí)鐘脈沖作用后所產(chǎn)生的新相位數(shù)據(jù)反饋到加法器的輸入端，以使加法器在下一個(gè)時(shí)鐘脈沖的作用下繼續(xù)與頻率控制字相加。 4 第二章 系統(tǒng)總體方案設(shè)計(jì) 本次設(shè)計(jì)的是基于單片機(jī)的正弦波發(fā)生器的設(shè)計(jì)與制作，具體要求如下： 1．能夠輸出 100Hz— 1MHz 范圍內(nèi)的正弦波，可以通過(guò)按鍵對(duì)頻率的設(shè)置，方便調(diào)節(jié)，并且有步進(jìn)功能。由于信號(hào)合成的最后階 3段將轉(zhuǎn)換到模擬域，所以更降低了信號(hào)發(fā)生器的復(fù)雜性和提高方面的信號(hào)發(fā)生器的穩(wěn)定性。 方案二： 信號(hào)發(fā)生器可以是晶體管、運(yùn)放集成電路和其他通用設(shè)備制造，它更是一個(gè)特殊的信號(hào)發(fā)生器產(chǎn)生的。 在上世紀(jì) 70 年代，隨著微處理器的出現(xiàn)，可以使用的處理器、 A/D 和 D/A，硬件和軟件功能擴(kuò)展的波形發(fā)生器產(chǎn)生更復(fù)雜的波形?；?DDS 技術(shù)的波形發(fā)生器具有輸出頻率穩(wěn)定，精度，波形質(zhì)量和輸出波形的頻率范圍等一系列獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)，波形發(fā) 生器是一個(gè)重要的研究方向。 因此，實(shí)現(xiàn)高性能的信號(hào)源，必須要有新的突破的技術(shù)手段。 range 1V ~ 10V. KEYWORD： Sine wave generator。通過(guò)按鍵控制可實(shí)現(xiàn)正弦波頻率的預(yù)置和幅度調(diào)節(jié)，步進(jìn)精度為 1Hz 和 10Hz，同時(shí)通過(guò) LCD12864 液晶屏顯示其對(duì)應(yīng)頻率。信號(hào)源有很多種 ，正弦波信號(hào)源是其中一種。反映在較寬的帶寬，頻率轉(zhuǎn)換時(shí)間短，頻率分辨率高，輸出相位連續(xù)，可生產(chǎn)各種其他寬帶正交信號(hào)和調(diào)制信號(hào)，可編程數(shù)字，控制靈活，具有很高的價(jià)格。 在上世紀(jì) 70 年代以前，信號(hào)發(fā)生器主要有兩種類(lèi)型：正弦波和脈沖波，然而函數(shù)發(fā) 2生器，可以提供正弦、余弦波、方波、三角波，正弦波等幾種常用的標(biāo)準(zhǔn)波形，如 果需要產(chǎn)生其他波形，則會(huì)用更復(fù)雜的電路和電結(jié)合的方法。包括：半導(dǎo)體二極管，半導(dǎo)體晶體管，電容，電阻，邏輯器件，傳感器，敏感器件和封裝如壓電晶體類(lèi)似的半導(dǎo)體器件。在頻率合成器，壓控振蕩器，鎖相環(huán)，如脈沖寬度調(diào)制器電路的設(shè)計(jì)，設(shè)備實(shí)現(xiàn)的首選 [2]。 考慮到系統(tǒng)要求基于單片機(jī)的正弦波發(fā)生器，并且頻率范圍較大，因此對(duì)信號(hào)質(zhì)量的要求較高；實(shí)現(xiàn)頻率的步進(jìn)控制，可用單片機(jī)編程控制；可以先預(yù)置的頻率值，在其基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)頻率的步進(jìn)控制；為了能更清楚直觀的觀察頻率的設(shè)置與更改，在設(shè)計(jì)時(shí)需加入顯示功能，為了使波形幅值值可以在一定范圍內(nèi)隨意調(diào)整適，在設(shè)計(jì)時(shí)加入了手動(dòng)調(diào)幅功能和放大功能。這段代碼模擬轉(zhuǎn)換 DAC 階梯電壓后獲得后，然后平滑通過(guò)低通濾波器，即所需的正弦信號(hào)。 圖 22 相位累加器的結(jié)構(gòu) 設(shè)相位累加器的位數(shù)為 N，時(shí)鐘頻率為 fc, 當(dāng)頻率控制字為 K 時(shí)， DDS 的輸出頻率 fo為： fo=K fc/2n。主控模塊接收到其他各模塊發(fā)送過(guò)來(lái)的信號(hào)，經(jīng)處理，再發(fā)送給顯示模塊，顯示模塊將其顯示出來(lái)。 （ 1） STC89C52RC 單片機(jī)介紹 STC89C52RC單片機(jī)是宏晶科技推出的新一代高速 /低功耗 /超強(qiáng)抗干擾的單片機(jī)，指令代碼完全兼容傳統(tǒng) 8051單片機(jī)， 12時(shí)鐘 /機(jī)器周期和 6時(shí)鐘 /機(jī)器周期可以任意選擇。 復(fù)位電路 如圖 33 復(fù)位電路，單片機(jī)復(fù)位初始化。 累加器 圖 35累加器框圖 由 N 位加法器與 n 位相位累加器級(jí)聯(lián)寄存器。由于波形存儲(chǔ)器塊不同的波形存儲(chǔ)，當(dāng)波形控制字被改變，改變的波形控制字的階段后的波形存儲(chǔ)器地址輸入（ 波形地址），這樣即產(chǎn)生相移的最終輸出信號(hào)。 AD9850 模塊是采用 ADI 應(yīng)用最廣泛的 DDS 制作的模塊，圖 38 為其電路圖。 主要技術(shù)參數(shù)和基本特性 : （ 1） 低電源電壓（ VDD:++） （ 2） 2MHZ 時(shí)鐘頻率 （ 3） 顯示分辨率 :12864 點(diǎn) （ 4） 內(nèi)置 128 個(gè) 168 點(diǎn) 陣字符 （ 5） 內(nèi)置漢字字庫(kù)，提供 8192 個(gè) 1616 點(diǎn)陣漢字 (簡(jiǎn)繁體可選 ) （ 6） 通訊方式：串行、并口可選 ，本系統(tǒng)采用的串行； （ 7） 工作溫度 : 0℃ +55℃ , 存儲(chǔ)溫度 : 20℃ +60℃ 12864共 20個(gè)引腳，下表為所用引腳功能如表 31所示： 表 31 LCD12864引腳功能 引腳號(hào) 引腳名稱(chēng) 方向 功能說(shuō)明 1 VSS 模塊的電源地 2 VDD 模塊的電源正端 4 RS(CS) H/L 并行的指令 /數(shù)據(jù)選擇信號(hào)串行的片選信號(hào) 12 5 R/W(SID) H/L H/L 并行的讀寫(xiě)選擇信號(hào) 串行的數(shù)據(jù)口 6 E(CLK) H/L 并行的使能信號(hào) 串行的同步時(shí)鐘 15 PSB H