【文章內(nèi)容簡介】 值包絡(luò)為辛格函數(shù)。因此，為了取出主頻 f0，必須在 D/A 轉(zhuǎn)換器的輸出端接入截止頻率為 fc/2 的低通濾波器。 DDS 數(shù)學(xué)原理 設(shè)有一頻率為 f 的余弦信號 )(tS ： )2cos()( ftS t ?? （ 21） 現(xiàn)在以采樣頻率 cf 對 )(tS 進(jìn)行采樣，得到的離散序列為： )2cos ()( fnTS ?? ?2,1,0?n （ 22） 其中cc fT1? 為采樣周期。 對應(yīng)的相位序列為 fnT?? 2)( ? ?,2,1,0?n （ 23） 從上式可以看出相位 序列呈線性，即相鄰的樣值之間的相位增量是一個常數(shù)，圖 22 相位 —幅度變換原理圖 (地址 ) ROM 波形存儲器 相位量化序列 波形幅度量化序列 （數(shù)據(jù)） 唐 山 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計 6 而且這個常數(shù)僅與信號的頻率 f 有關(guān)，相位增量為： fT?2)( ??? （ 24） 因?yàn)樾盘栴l率 f 與采樣頻率 cf 之間有以下關(guān)系： MKffc? （ 25） 其中 K 與 M 為兩個正整數(shù)，所以相位的增量也可以完成： MKn ?? 2)( ?? （ 26） 由上式可知，若將 ?2 的相位均勻的分為 M 等份，那么頻率為 MKf ?2? 的余弦信號以頻率 cf 采樣后，它的量化序列的樣品之間的量化相位增量為一個不變值 K 。 根據(jù)上述原理可以構(gòu)造一個不變量 K 為量化相位增量的量化序列： nKn ?)(? ?2,1,0?n （ 27） 然后完成從 )(n? 到另一個序列 )(nS 的映射，由 )(n? 構(gòu)造序列： )2c o s (2c o s)(2c o s)(cf n TKnKM nnS ???? ??? （ 28） 公式（ 28）是連續(xù)信號 )(tS 經(jīng)采樣頻率為 cf 采樣后的離散時間序列，根據(jù)采樣定理，當(dāng)21?? MKffc時， )(nS 經(jīng)過低通濾波器平滑后，可唯一恢復(fù)出 )(tS 。 可見，通過上述變換不變量 K 將唯一的確定一個單頻率模擬余弦信號 )(tS ： M tKftS c?2cos)( ? （ 29） 該信號的頻率為： MKff c?0 （ 210） 公式（ 210）就是直接數(shù)字頻率合成（ DDS）的方程式，在實(shí)際的 DDS 中 ，一般取 NM 2? ，于是 DDS 方程就可以寫成： 唐 山 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計 7 NcKff 20 ? （ 211） 根據(jù)公式（ 2－ 11）可知，要得到不同的頻率只要通過改變 K 的具體數(shù)值就可以了，而且還可以得到 DDS 的最小頻率分辨率（最小頻率間隔）為當(dāng) 1?K 時的輸出頻率： Ncresff 2? （ 212） 可見當(dāng)參考頻率 cf 始終一定時，其分辨率由相位累加器的位數(shù) N 決定，若取MHzfc 100? ， 32?N ，則 Hzfres ? ，即分辨率可以達(dá)到 ，這也是最低的合成頻率，輸出頻率的高精度 DDS 的一大優(yōu)點(diǎn)。 由奈奎斯特準(zhǔn)則可知 ，允許輸出的最高頻率 2max co ff ?，即 12 ?? NK ，但實(shí)際上在應(yīng)用中受到低通濾波器的限制，通常 2max co ff ?。由此可見 DDS 的工作頻率帶較寬，可以合成從直流到 的頻率信號，同時它的頻率穩(wěn)定度高 [3]。 唐 山 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計 8 3 總體設(shè)計方案 系統(tǒng)設(shè)計原理 單片機(jī) STC89C52 是整個系統(tǒng)關(guān)鍵部分，通過對鍵盤進(jìn)行掃描讀入信號控制信息，經(jīng)轉(zhuǎn)換后輸出到 DDS 芯片模塊。本文提出的采用 DDS 作為信號發(fā)生核心器件的全數(shù)控函數(shù)信號發(fā)生器設(shè)計方案， 根據(jù)輸出信號波形類型可設(shè)置、輸出信號幅度和頻率可數(shù)控、輸出頻率寬等要求，選用了美國 A/D 公司的 AD9850 芯片，并通過單片機(jī)程序控制和處理 AD9850 的 40 位控制字， 從而實(shí)現(xiàn)了信號幅度、頻率、類型以及輸出等選項(xiàng)的全數(shù)字控制。 本系統(tǒng)主要由單片機(jī)、 DDS 直接頻率信號合成器、 AD 轉(zhuǎn)換模塊、數(shù)字衰減電路、由 AD9850 模塊輸出波形。信號波形的參數(shù)信息經(jīng) STC89C52 控制的 LCD1602顯示。 總體設(shè)計框圖 本設(shè)計采用單片機(jī)為核心處理器，利用鍵 盤輸入信號的參數(shù)，控制 DDS 的AD9850 模塊產(chǎn)生信號，信號的參數(shù)在 LCD1602 上顯示，完成正弦信號和方波信號的輸出，用示波器輸出驗(yàn)證。 系統(tǒng)構(gòu)成如下圖 31 所示。 圖 31 系統(tǒng)框圖 由系統(tǒng)框圖可知，鍵盤控制頻率的輸入，鍵盤輸入的數(shù)據(jù)通過單片機(jī)的控制，在 LCD 上顯示其頻率、波形類型和幅度大小，控制 AD9850 輸出波形，通過電位器調(diào)節(jié)信號的幅度和方波的占空比。 LCD1602 鍵盤 單片機(jī) AD9850 低通濾波器 信號輸出 唐 山 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計 9 4 系統(tǒng)硬件模塊的組成 單片機(jī)控制模塊 主控電路中，以單片機(jī)為主體，通過分析鍵盤輸入的數(shù)字值，對 AD9850 寫入相應(yīng)的控制字。它 是系統(tǒng)的大腦。 單片機(jī)（ Micro Controller，又稱微控制器）是在一塊硅片上集成了各種部件的微型機(jī)算計，這些部件包括中央處理器 CPU、數(shù)據(jù)存貯器 RAM、程序存貯器 ROM、定時器 /計數(shù)器和多種 I/O 接口電路 。 STC89C52 主要性能 單片機(jī) STC89C52 的主要性能分別為：與 MCS51 單片機(jī)產(chǎn)品兼容 ； 8K 字節(jié)在系統(tǒng)可編程 Flash 存儲器； 1000 次擦寫周期；全靜態(tài)操作： 0Hz～ 33Hz、三級加密程序存儲器、 32 個可編程 I/O 口線、三個 16 位定時器 /計數(shù)器、八個中斷源、全雙工 UART 串行通道、低功耗空閑和掉電模式、掉電后中斷可喚醒、看門狗定時器、雙數(shù)據(jù)指針、掉電標(biāo)識符。 STC89C52 功能特性描述 STC89C52 是一種低功耗、高性能 CMOS8 位微控制器，具有 8K 在系統(tǒng)可編程 Flash 存儲器。使用宏晶公司高密度非易失性存儲器技術(shù)制造，與工業(yè) 80C51 產(chǎn)品指令和引腳完全兼容。片上 Flash 允許程序存儲器在系統(tǒng)可編程，亦適于常規(guī)編程器。在單芯片上，擁有靈巧的 8 位 CPU 和在系統(tǒng)可編程 Flash，使得 STC89C52為眾多嵌入式控制應(yīng)用系統(tǒng)提供高靈活、有效的解決方案 [2]。 STC89C52 具有以下標(biāo)準(zhǔn)功能： 8k字節(jié) Flash、 256 字節(jié) RAM、 32 位 I/O 口線、看門狗定時器、 2 個數(shù)據(jù)指針、三個 16 位定時器 /計數(shù)器、一個 6 向量 2 級中斷結(jié)構(gòu)、全雙工串行口、片內(nèi)晶振及時鐘電路。另外 ， STC89C52 可降至 0Hz 靜態(tài)邏輯操作，支持 2 種軟件可選擇節(jié)電模式?？臻e模式下， CPU停止工作，允許 RAM、 定時器 /計數(shù)器、串口、中斷繼續(xù)工作。掉電保護(hù)方式下， RAM 內(nèi)容被保存，振蕩器被凍結(jié)，單片機(jī)一切工作停止，直到下個中斷或硬件復(fù)位為止 [4]。 STC89C52 的引腳結(jié)構(gòu)如圖： 唐 山 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計 10 P0 口： P0 口是一個 8 位漏極開路的雙向 I/O 口。作為輸出口，每位能驅(qū)動 8個 TTL邏輯電平。對 P0 端口寫 “1”時，引腳用作高阻抗輸入。當(dāng)訪問外部程序和數(shù)據(jù)存儲器時， P0 口也被作為低 8 位地址 /數(shù)據(jù)復(fù)用。在這種模式下 ， P0 具有內(nèi)部上拉電阻。在 flash 編程時， P0 口也用來接收指令字節(jié)；在程序校驗(yàn)時，輸出指令字節(jié)。程序校驗(yàn)時，需要外部上拉電阻。 P1 口： P1 口是一個具有內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口， P1 輸出緩沖器能驅(qū)動 4 個 TTL邏輯電平。對 P1 端口寫 “1”時，內(nèi)部上拉電阻把端口拉 高，此時可以作為輸入口使用。作為輸入使用時，被外部拉低的引腳由于內(nèi)部電阻的原因，將輸出電流。此外， 和 分別作定時器 /計數(shù)器 2 的外部計數(shù)輸入 （ ）和時器 /計數(shù)器 2 的觸發(fā)輸入 （ ） ，在 flash編程和校驗(yàn)時 ， P1 口接收低 8位地址字節(jié)。 P2 口： P2 口是一個具有內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口， P2 輸出緩沖器。能驅(qū)動 4 個 TTL 邏輯電平。對 P2 端口寫 “1”時，內(nèi)部上拉電阻把端口拉高，此時可以作為輸入口使用。作為輸入使用時，被外部拉低的引腳由于內(nèi)部電阻的原因，將輸出 電流。在訪問外部程序存儲器或用 16 位地址讀取外部數(shù)據(jù)存儲器（ 例如執(zhí)行 MOVX @DPTR） 時， P2 口送出高八位地址。在這種應(yīng)用中， P2 口使用很強(qiáng)的內(nèi)部上拉發(fā)送 1。在使用 8 位地址 （ 如 MOVX @RI） 訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時 ， P2 口輸出 P2 鎖存器的內(nèi)容。 在 flash 編程和校驗(yàn)時， P2 口也接收高 8 位地址字節(jié)和一些控制信號。 隨著計算機(jī)技術(shù)的高速發(fā)展，單片機(jī)以其自身的特點(diǎn)，已廣泛應(yīng)用于智能儀器、工業(yè)控制、家用電器、電子玩具等各個領(lǐng)域。 圖 41 STC89C52 單片機(jī)的引腳圖 1 40 VCC 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 15 14 16 17 19 18 20 39 38 37 36 35 33 34 31 32 30 29 28 26 27 25 24 23 22 21 RST /RXD XTAL2 GND XTAL1 EX_LVD/RST2 ALE NA STC89C52 唐 山 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計 11 時鐘電路 圖 42 時鐘電路 XTAL1 是片內(nèi)振蕩器的反相放大器 輸入端， XTAL2 則是輸出端，使用外部振蕩器時，外部振蕩信號應(yīng)直接加到 XTAL1，而 XTAL2 懸空。內(nèi)部方式時，時鐘發(fā)生器對振蕩脈沖二分頻，如晶振為 ，時鐘頻率就 約 為 6MHz。晶振的頻率可以在 1MHz24MHz內(nèi)選擇。電容取 30PF 左右 。 STC89C52 中有一個用于構(gòu)成內(nèi)部振蕩器的高增益反相放大器，引腳 XTAL1 和 XTAL2 分別是該放大器的輸入端和輸出端。這個放大器與作為反饋元件的片外石英晶體或者陶瓷諧振器一起構(gòu)成自激振蕩器。片外石英晶體或者陶瓷諧振器及電容 C C2 接在放大器的反饋回路 中構(gòu)成并聯(lián)振蕩電路。對外接電容 C C2 雖然沒有十分嚴(yán)格的要求，但電容容量的大小會輕微影響振蕩頻率的高低、振蕩器工作的穩(wěn)定性、起振的難易程序及溫度穩(wěn)定性，這里采用電容 60pF，晶振采用 。 復(fù)位電路 AT89C51 的外部復(fù)位電路有上電自動復(fù)位和手動按鍵復(fù)位。上電復(fù)位電容充電來實(shí)現(xiàn)。手動按鍵復(fù)位又分為按鍵電平復(fù)位和按鍵脈沖復(fù)位。 按鍵電平復(fù)位電路是在普通 RC復(fù)位電路的基礎(chǔ)上接一個有下拉電阻 10K、上拉電容 10μf接 VCC,電源由開關(guān)經(jīng)串接的 1K 限流電阻至復(fù)位腳（和上拉電容并聯(lián)），上拉 電容支路負(fù)責(zé)在“上電”瞬間實(shí)施復(fù)位；開關(guān)通過 1K 上拉電阻和 10K 下拉電阻分壓器，保證對單片機(jī)實(shí)施按鍵電平復(fù)位。電路圖如下圖所示： 唐 山 學(xué) 院 畢 業(yè) 設(shè) 計 12 圖 43 復(fù)位電路 AD9850 模塊 AD9850 簡介 隨著數(shù)字技術(shù)的飛速發(fā)展 ,用數(shù)字控制方法從一個參考頻率源產(chǎn)生多種頻率的技術(shù) ,即直接數(shù)字頻率合成 (DDS)技術(shù)異軍突起。美國 AD 公司推出的高集成度頻率合成器 AD9850 便是采用 DDS 技術(shù)的典型產(chǎn)品之一。 AD9850 采用先進(jìn)的 CMOS工藝 ,其功耗在 155mW,擴(kuò)展工業(yè)級溫度范圍為－ 40～ 80℃ ,采用 28腳 SSOP 表面封裝形式。 AD9850 的引腳排列如圖 所示 ,圖 為其組成框圖。中層虛線內(nèi)是一個完整的可編程 DDS 系統(tǒng) ,外層虛線內(nèi)包含了 AD9850 的主