【正文】 路 b)三角波形圖 圖 314 積分電路及三角波形圖 該積分電路的基本公式是： 00 /1 tUdtURCU ct ??? ? （ ） 如果電容上起始電壓為 0V，即 Uc/t0=0V，那么在 0t區(qū)間： tRCUdtURCU mt m 10 10 0)(1 ????? ? （ ） 其中 U1m為方波幅值。 當(dāng) t=t1時(shí)： )/(4/ 1110 tURCTUUtU cmom ??? （ ） 在 t1和 t2區(qū)間： t t Ut Ut U1m U1m U1m T/2 T U1m 常州工學(xué)院電子信息與電氣工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書 26 RC TUttRCURCUdtURCU mmmtt m 4)(41 111121 10 ??????? ? （ ） 當(dāng) t=t2是： )/(4/ 21120 tUURC TUtU cmm ????? （ ） 由上述公式可知在輸入方波的負(fù)半周和正半周期間，一條直線，斜率分別為1mURC 和 1mURC? ，因此輸出是三角波， 其正負(fù)峰值分別為 1mU 4RC 和 1mU4RC? 。將此積分電路接到 方波 上便可以獲得一個(gè)線性比較好的三角波。 本設(shè)計(jì) 在 AD9850 的內(nèi)部比較器 輸出端連接一個(gè) 跳帽 ，實(shí)現(xiàn)方波與三角波的輸出切換。 經(jīng)計(jì)算，我們選擇 R4=10K,R5=10K,R6=1K,R7=600Ω， C13=。 圖 315 2和 3腳連接時(shí)，方波連接至三角波產(chǎn)生電路 圖 316 三角波產(chǎn)生電路 幅度 調(diào)節(jié) 的設(shè)計(jì) 選用高精度低噪聲 ,閉環(huán)增益大于等于 5，性能表現(xiàn)穩(wěn)定的 MAX437 芯片，常州工學(xué)院電子信息與電氣工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書 27 通過(guò)調(diào)節(jié)電位器 ,可以對(duì)信號(hào)輸出幅度起到調(diào)節(jié)的作用。經(jīng)過(guò)計(jì)算 ,設(shè)計(jì)的運(yùn)算放大電路的輸出幅度范圍理 論上達(dá)到要求。 圖 316 放大器電路圖 常州工學(xué)院電子信息與電氣工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書 28 第四章 軟件設(shè)計(jì) 系統(tǒng)中控制軟件占有很重要的地位，它不僅要產(chǎn)生波形數(shù)據(jù)、控制波形的發(fā)生，還要實(shí)現(xiàn)對(duì) LCD顯示 、鍵盤的控 制 ，因此系統(tǒng)軟件的好壞將直接決定著系統(tǒng)的功能和穩(wěn)定。本設(shè)計(jì)選用 主控制芯片 AT89C51，考慮到軟件通用性、移植性和應(yīng)用性，本設(shè)計(jì)的軟件部分將 用 C51語(yǔ)言完成 。 本系統(tǒng)軟件由主程序模塊、按鍵處理模塊、波形產(chǎn)生模塊、液晶顯示模塊構(gòu)成。 軟件所需實(shí)現(xiàn)的功能就是要將外部輸入的數(shù)據(jù)按照一定算法變換成AD9850 芯片所能接收的格式，并送出相應(yīng)的頻率和相 位控制字，從而使 AD9850能產(chǎn)生相位、頻率可程控的信號(hào)，并且 將頻率值送至 LED顯示輸出。 軟件總體流程 根據(jù)所要實(shí)現(xiàn)的技術(shù)指標(biāo)和系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)方案，需要合理安排程序流 程才能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)系統(tǒng)的軟件控制。系統(tǒng)程序流程圖見(jiàn)圖 41 主要流程如下：先是 AD9850 系統(tǒng)初始化、 LCD 初始化，再由用戶通過(guò)鍵盤輸入所需的頻率值和初始相位值。單片機(jī)完成鍵盤掃描程序判斷輸入的頻率相位值是否超出系統(tǒng)所限制的范圍，如果超出范圍則要重新輸入，沒(méi)有超出范圍單片機(jī)將輸入頻率值轉(zhuǎn)換成 AD9850 所需頻率 /相位控制碼，并將頻率值轉(zhuǎn)換為 BCD碼存在 RAM中，然后通過(guò) 89C51的 P2口 將頻率控制字送入 AD9850數(shù)據(jù)寄存器，通過(guò)串行輸出口輸出頻率值至 LCD驅(qū)動(dòng)電路，在相應(yīng)的輸出端就可以輸出相應(yīng)的信號(hào)波形，相應(yīng) 的頻率值也可以在 LCD上顯示。 等待用戶第二次輸入新的頻率值或結(jié)束任務(wù)。程序設(shè)計(jì)中要特別注意 AD9850 的時(shí)序要求，正確送出邏輯控制字，注意其刷新時(shí)鐘 。 通過(guò)寫端口寫入 AD9850的控制字暫時(shí)寄存 I/O緩沖寄存器中，需要一個(gè)從低到高的時(shí)鐘信號(hào)從外部輸入，或者由內(nèi)部 32bit的刷新時(shí)鐘把 I/O緩沖寄存器中的控制字傳送到 AD9850的 DDS 內(nèi)核。 常州工學(xué)院電子信息與電氣工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書 29 圖 41系統(tǒng)總體流程圖 系統(tǒng)初始化 及控制字寫入 系統(tǒng)初始化 系統(tǒng)初始化主要是 在主程序中完成，主 要 包括 AD9850的初始化、單片機(jī)的初始化和 LCD的初始化。 AD9850的初始化 流程圖如圖 42所示。 系統(tǒng)初始化 從鍵盤輸入所需 頻率 輸入初始相位 選擇 AD9850 工作方式 送出 FU_UD 信號(hào) 將鍵盤值轉(zhuǎn)換成控制字 送控制字到 AS9850 送出 W_CLK 信號(hào) 是否超出 開(kāi)始 結(jié)束 是否超出 是否送 5 次 下一次輸入 NYNNNYY常州工學(xué)院電子信息與電氣工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書 30 初 始 化寫 控 制 寄 存 器 的 值 ， 選 擇 頻 率 和 相位 寄 存 器 ， 并 且 R E S E T = 0寫 頻 率 寄 存 器 的 值 使P H A S E 0 和 P H A S E 1 都 為 0寫 頻 率 寄 存 器 的 值 使F R E Q 0 和 F R E Q 1 都 為 0寫 控 制 寄 存 器 的值 ， 使 R E S E T = 1 圖 42AD9850 的初始化流程圖 常州工學(xué)院電子信息與電氣工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書 31 開(kāi) 始產(chǎn) 生 波 形設(shè) 置 頻 率選 擇 波 形初 始 化 A D 9 8 5 0掃 描 鍵 盤是 否 是 鍵 ？ 主程序流程圖 對(duì) AD9850進(jìn)行初始 控制時(shí)，主復(fù)位腳必須置高電平在 10個(gè)系統(tǒng)周期以上，主復(fù)位的作用是初始化系統(tǒng)總線，置控制寄存器以缺省值。 AD9850 控制字 的寫入 1. AD9850控制碼作用 (1)D39和 D38 用來(lái)控制 AD9850的數(shù)據(jù)輸入模 式。 AD9850 的數(shù)據(jù)輸入模式分為兩種：并行輸入模式和串行輸入模式。在并行輸入模式的情況下，模式控制碼為 00，由數(shù)據(jù)輸入端 D7D0 每次 8 位分 5 次輸常州工學(xué)院電子信息與電氣工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書 32 入頻率控制字。在串行數(shù)據(jù)輸入模式的情況下，模式控制碼為 11，由數(shù)據(jù)輸入端 D7每次 1位分 40 次依次輸入頻率控制字。 (2)D37用來(lái)調(diào)節(jié) AD9850的輸出功率。 (3)D36D32是相位調(diào)制碼，用來(lái)控制 AD9850的相位調(diào)制量。 (4)D31D0用來(lái)控制 AD9850的輸出頻率。 這 32位的頻率控制碼由鍵盤所輸入的頻率值直接轉(zhuǎn)換過(guò)來(lái)的。由于在硬件設(shè)計(jì)時(shí)采取的是 并行數(shù)據(jù)輸入模式，因此軟件也是根據(jù)這一模式而設(shè)計(jì)的。在此軟件工作時(shí)，首先由用戶從 4 4鍵盤輸入所需要的信號(hào)的頻率值，初始相位值，以及設(shè)定 AD9850 的工作模式。然后由單片機(jī)將用戶輸入的頻率值轉(zhuǎn)換為頻率控制字。 2. AD9850控制字寫入過(guò)程 AD9850控制字的寫入是通過(guò)中斷服務(wù)程序完成，流程圖如圖 43所示。 AD9850 在進(jìn)行頻率控制時(shí)，首先送入相位控制碼、功率調(diào)節(jié)碼和輸入模式控制碼，接下來(lái)送入 32位的頻率控制碼。在并行數(shù)據(jù)輸入模式下， 40位的數(shù)據(jù)控制字經(jīng) 8位數(shù)總據(jù)線分 5次重復(fù)輸入。 W_CLK 端和 FQ_UD端信號(hào)用來(lái)加載控制字。 W_CLK端信號(hào)的作用是用來(lái)使其在上升沿將 8位的頻率控制字加載進(jìn)入數(shù)據(jù)輸入存儲(chǔ)器，并且將地址指針下移指向下一個(gè)數(shù)據(jù)輸入地址端。當(dāng)經(jīng)過(guò) 5次加載后，已經(jīng)輸入了 40 位的數(shù)據(jù)控制字，則 W_CLK 端信號(hào)的上升沿將被忽略，也就是數(shù)據(jù)將不再被加載，直到下一個(gè)復(fù)位信號(hào)或者下一個(gè) FQ_UD端信號(hào)的上升沿到來(lái)為止。在 FQ_UD 端信號(hào)的上升沿將 40 位的控制字加載進(jìn)入相位累加器，并且將地址指針復(fù)位指向第一個(gè)數(shù)據(jù)輸入地址端。在串行數(shù)據(jù)輸入模式下， 40 位的頻率控制字經(jīng)過(guò) D7 線，重復(fù) 40次輸入。 W_CLK 端和 FQ_UD端的信號(hào)作用與并行模式完全相同。 在傳輸數(shù)據(jù)前先使系統(tǒng)復(fù)位，然后依次向 P1 口傳輸一個(gè) 8 位的相位調(diào)制AD9850 工作模式碼以及多位的頻率控制碼。每傳輸一次 8 位的控制碼后，延時(shí),置單片機(jī)引腳 為 1，即產(chǎn)生一個(gè)有效的 W_CLK 上升沿信號(hào)，將控制碼送入 AD9850輸入數(shù)據(jù)寄存器當(dāng)中，重復(fù) 5 次后，就可將 40位的控制碼全部加載到 AD9850的輸入數(shù)據(jù)寄存器當(dāng)中，然后再延時(shí) 1ns,置單片機(jī)引腳 1，即產(chǎn)生一個(gè)有效的 FQ_UD 上升沿信號(hào)，再延時(shí) 1ns 后，將 40 位的控制碼全部加常州工學(xué)院電子信息與電氣工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書 33 載到 AD9850 中的 DDS 頻率合成部分中，經(jīng)過(guò) 13 到 18 個(gè)周期后，就可以得到所需要的信號(hào)了。 鍵盤掃描及按鍵識(shí)別子程序 在本設(shè)計(jì)中， 所設(shè)定的頻率和初始相位都是通過(guò) 4 4鍵盤輸入的，因此要通過(guò)鍵盤掃描和按鍵識(shí)別程序?qū)⑤斎氲逆I值處理后送至 AD9850。 鍵盤的控制方式一般有程控掃描法、定時(shí)掃描法和中斷掃描法。鍵盤輸入程序一般包括一下幾個(gè)部分 : (1)判斷是否有鍵按下； (2)消除按鍵事產(chǎn)生的機(jī)械抖動(dòng)； (3)掃描鍵盤，得到按下鍵的參數(shù)； (4)計(jì)算鍵值； (5)判斷閉合的鍵是否釋放； (6)執(zhí)行鍵操作； (7)返回。 為了提 高 CPU 的工作效率，可以采用中斷的方法掃描鍵盤，平時(shí) CPU 可以執(zhí)行任何操作程序，僅當(dāng)鍵盤上有鍵閉合時(shí)產(chǎn)生中斷請(qǐng)求。 CPU在響應(yīng)中斷并執(zhí)行中斷服務(wù)程序時(shí)才掃描鍵盤，并做出相應(yīng)的操作。程序流程圖如圖 42所示。 常州工學(xué)院電子信息與電氣工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書 34 圖 42鍵盤輸入程序流程圖 顯示模塊程序 本系統(tǒng)采用 SMC1602A 液晶顯示模塊來(lái)實(shí)現(xiàn)顯示功能。此液晶模塊采用并行發(fā)送數(shù)據(jù)的方式，占用少量的 I/O口，同時(shí)在程序上占用空間很小。主要用來(lái)顯示 波形的幅度和頻率 。在模塊接收到要顯示的內(nèi)容后開(kāi)始顯示 ，直到接收到下一組數(shù)據(jù)為止，具體程序流程圖如圖 43所示。 掃描鍵盤 延時(shí)去抖 延時(shí)等待鍵釋放 鍵盤掃描逐行判斷閉合鍵號(hào) 取出健值并進(jìn)行操作 鍵值送入 A 返回 開(kāi)始 閉合鍵是釋放否 有鍵合上 掃描鍵盤 有鍵合上 YNNY YN常州工學(xué)院電子信息與電氣工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書 35 圖 43 顯示子程序流程圖 常州工學(xué)院電子信息與電氣工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書 36 結(jié) 論 本文 根據(jù)現(xiàn)代電子技術(shù)的發(fā)展需要以及直接數(shù)字頻率合成技術(shù)的特點(diǎn)，設(shè)計(jì)出了一套基 于 DDS 的高精度信號(hào)源，該信號(hào)源能夠產(chǎn)生正弦波、方波、三角波等常用的信號(hào)波形，并且可以動(dòng)態(tài)顯示輸出信號(hào)的頻率。 本文的主要研究成果如下： （ 1） 經(jīng)過(guò)對(duì)信號(hào)源設(shè)計(jì)技術(shù)的研究，分析并指出模擬合成法和直接頻率合成法等傳統(tǒng)設(shè)計(jì)方法的局限性，闡述了 DDS 技術(shù)在信號(hào)發(fā)生器中應(yīng)用的優(yōu)勢(shì)。 （ 2） 闡述了性能價(jià)格比較高 的 AD9850 直接數(shù)字頻率合成器芯片的基本原理和性能特點(diǎn)，以及用其研制 20Hz2MHz 的信號(hào)源。根據(jù)課題的要求，給出了基于 DDS 技術(shù)的信號(hào)源設(shè)計(jì)的總體方案，設(shè)計(jì)開(kāi)發(fā)了基于 DDS 的硬件系統(tǒng)，給出了整個(gè)系統(tǒng)的硬件電路圖。并 詳細(xì)論述了系統(tǒng)中主控模塊、電源模塊、低通濾波模塊、輸入模塊、顯示模塊等的組成原理和設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)方法。 （ 3） 闡述了軟件設(shè)計(jì)的總體思想，根據(jù)軟件方案并結(jié)合硬件電路，給出了總體以及幾個(gè)子模塊的流程圖， 并 用 C51 語(yǔ)言編制 了 相應(yīng)程序。 通過(guò)設(shè)計(jì)以及對(duì) DDS 的研究表明， DDS 技術(shù)可以應(yīng)用在高速寬帶頻率合成 領(lǐng)域，特別是在對(duì)頻率切換速度、頻率分辨率及相噪、雜散要求較高的場(chǎng)合， DDS技術(shù)顯示了特殊的優(yōu)勢(shì)。 這次設(shè)計(jì)只是 DDS 技術(shù)的初步研究，要達(dá)到性能完善，還有很多工作要做。比如電磁兼容的考慮、各種同步信號(hào)的設(shè)計(jì)以及系統(tǒng)穩(wěn)定性問(wèn)題等等。本設(shè)計(jì)中沒(méi)有設(shè)計(jì)幅值的顯示電路，這些問(wèn)題的解決還需要做很多工作。此外，在現(xiàn)行方案的基礎(chǔ)上還可以做進(jìn)一步的改進(jìn)，以提高系統(tǒng)的精度，比如擴(kuò)展存儲(chǔ)器的存儲(chǔ)空間，減少程序執(zhí)行時(shí)間等。在現(xiàn)有的條件下，可以通過(guò)適當(dāng)改進(jìn)硬件結(jié)構(gòu)或者改變系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)，用來(lái)產(chǎn)生其他信號(hào)，比如鋸齒波、調(diào)幅波等。 常州工學(xué)院電子信息與電氣工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)說(shuō)明書 37 致 謝 歷經(jīng)幾個(gè)月的畢業(yè)設(shè)計(jì)終于要結(jié)束了 ,畢業(yè)設(shè)計(jì)的完成和論文的完成要感謝很多人。 首先要感謝學(xué)校給我提提供了做這個(gè) 設(shè)計(jì) 的機(jī)會(huì)，感謝學(xué)校的各位領(lǐng)導(dǎo)和老師一直以來(lái)對(duì)我的教導(dǎo)和幫助。 感謝杜玉華老師，給我進(jìn)行了很多的輔導(dǎo)，不僅在技術(shù)上給了我很大幫助，也在系統(tǒng)需求和設(shè)計(jì)方面給予了我很大幫助。老師的諄諄教導(dǎo)，使我受益匪淺。杜老師多次詢問(wèn)研究進(jìn)程，并為我指點(diǎn)迷津，幫助我開(kāi)拓研究思路，精心點(diǎn)撥、熱忱鼓勵(lì)。杜老師一絲不茍的作風(fēng)，嚴(yán)謹(jǐn)求實(shí)的態(tài)度，踏踏實(shí)實(shí)的精神值得我去好好學(xué)習(xí)。 在這對(duì)這次所做的設(shè)計(jì)和心得進(jìn)行總結(jié)一下 ,在這幾個(gè)月里按照任務(wù)要求 ,