【正文】 0~9999999Hz。為了操作方便，允許輸入給定頻率的位數(shù)在1~7位之間，用Hz鍵結(jié)束。對于DDS信號發(fā)生器來說，鍵盤主要用于選擇信號波形、輸入頻率值、控制輸出信號的幅值和直流偏移量。由于按鍵數(shù)量比較多，鍵盤采用4X4矩陣式鍵盤。鍵盤各按鍵的定義如圖46所示。0鍵~9鍵用于輸入頻率，期中0鍵~3鍵還用于選擇輸出波形；Hz鍵用于輸入給定頻率的確認(rèn)鍵；波形選擇鍵用于選擇波形；A+鍵用于增加信號幅值，A鍵用于減少信號幅值，D+鍵用于增加直流偏移量，D鍵用于減少直流偏移量。頁面1 頁面2 頁面3 圖45 頁面1~頁面3示意圖 圖46 DDS信號發(fā)生器鍵盤定義 主程序DDS信號發(fā)生器的控制程序可分為主程序和鍵盤中斷服務(wù)程序兩部分。在確定主程序和鍵盤中斷服務(wù)程序的功能時有兩種方案：一種方案是主程序只完成初始化，將鍵盤讀入和處理全部由鍵盤中斷服務(wù)程序完成；另一種方案是主程序完成初始化和鍵值處理功能，而鍵盤中斷服務(wù)程序只完成鍵值讀入。由于鍵值處理程序設(shè)計數(shù)值運(yùn)算、LCD模塊的顯示，將這些耗時的鍵值處理程序放入中斷服務(wù)程序不符合程序設(shè)計的一般原則，因此，選用第二種方案。主程序首先完成堆棧指針設(shè)置，C8051F360內(nèi)部資源初始化，LCD模塊初始化。初始化完成以后就不斷檢測有無按鍵鍵入，當(dāng)有按鍵鍵入時，根據(jù)鍵值執(zhí)行相應(yīng)的功能。由于0~2鍵不但用于輸入給定頻率，而且用來選擇輸出波形。為了區(qū)分0鍵~2鍵的不同功能，在主程序中定義了兩種工作模式：波形選擇模式和頻率輸入模式。在波形選擇模式下，0~2鍵用于選擇輸出波形。當(dāng)0鍵有效時，選擇正弦波，單片機(jī)將256個字節(jié)正弦波波形數(shù)據(jù)發(fā)送到FPGA的雙口RAM中；當(dāng)1鍵有效時，選擇方波，單片機(jī)將256個方波波形數(shù)據(jù)發(fā)送到FPGA中的雙口RAM中；當(dāng)2鍵有顯示，選擇三角波，單片機(jī)將256個字節(jié)三角波數(shù)據(jù)發(fā)送到FPGA的雙口RAM中。在頻率輸入模式下，0鍵到9鍵用于輸入給定的頻率值。定義了以上兩種工作模式以后，在主程序中分別設(shè)置一個波形選擇模式標(biāo)志和一個頻率輸入模式標(biāo)志位。主程序初始化時，將波形選擇模式和頻率輸入模式標(biāo)志位均清零。當(dāng)波形選擇鍵有效時，波形選擇模式標(biāo)志位置1，主程序進(jìn)入波形選擇模式；在波形選擇模式下，按0鍵~2鍵有效，頻率輸入模式標(biāo)志位置1，主程序進(jìn)入頻率輸入模式。由于輸入給定頻率的位數(shù)允許在1~7位變化，程序設(shè)計師通過Hz鍵來結(jié)束給定頻率的輸入，因此Hz鍵不但用來顯示頻率的單位，也能起到確認(rèn)鍵的功能。當(dāng)Hz鍵有效時，程序?qū)⑤斎氲?~7位給定頻率值轉(zhuǎn)化為4字節(jié)頻率控制字，然后發(fā)送到FPGA的頻率控制字接收模塊。由于鍵盤輸入的給定頻率值為非壓縮型BCD碼，應(yīng)先將其轉(zhuǎn)化為二進(jìn)制數(shù)，再根據(jù)公式（25）將給定頻率值轉(zhuǎn)化成為4字節(jié)的頻率控制字。當(dāng)相位累加器字寬N取32，參考時鐘頻率fclk取40MHz時，頻率控制字可以由以下公式計算得到： （44）式子中fout為由二進(jìn)制數(shù)表示的給定頻率，就可以得到4字節(jié)的頻率控制字。單片機(jī)系統(tǒng)主程序見附件。主程序流程圖如圖47所示。圖47 系統(tǒng)主程序流程圖 本章小結(jié)本章主要介紹了DDS信號發(fā)生器的實現(xiàn)過程，開頭部分講述了包括DDS信號發(fā)生器的原理圖，材料選擇的比較以及重點模塊的介紹。后面一部分主要講述單片機(jī)控制軟件的設(shè)計，包括人機(jī)接口的定義、主程序的實現(xiàn)以及整個流程圖。第5章 系統(tǒng)測試將FPGA內(nèi)部的完整設(shè)計（地址譯碼器、編碼式鍵盤接口、LCD接口、DDS子系統(tǒng)）通過USBBlaster下載電纜下載到FPGA之中。單片機(jī)子系統(tǒng)通過適配器與PC機(jī)相連 單片機(jī)控制軟件調(diào)試步驟步驟一：測試顯示和鍵盤程序功能。程序運(yùn)行時顯示圖45中的頁面1。按波形選擇鍵，應(yīng)顯示圖45中的頁面2。步驟二：通過鍵盤輸入給定頻率，用示波器觀測告訴D/A輸出波形，波形顯示是否正常，頻率是否正確。如果波形顯示不正常，重點檢查單片機(jī)中波形傳送子程序和FPGA內(nèi)部雙口RAM的時序是否正確。如果波形顯示正常，但是輸出頻率和給定頻率誤差較大，重點檢查 單片機(jī)中頻率字傳送子程序和FPGA內(nèi)部頻率字寄存器邏輯電路有無錯誤。調(diào)試時，可將FPGA內(nèi)部的一些關(guān)鍵信號鎖定到未用到的I/O引腳上，以便測試。步驟三：按A+鍵和A鍵，用示波器觀測C8051F360單片機(jī)D/A轉(zhuǎn)換器模擬輸出引腳電平是否變化，模擬放大電路輸出信號的幅值有無變化。步驟四：按D+鍵和D鍵，用示波器觀察數(shù)控電位器的第5腳電平是否變化，模擬放大電路輸出信號的直流偏置有無變化[13]。 系統(tǒng)主要功能指標(biāo)測試用存儲示波器測量反相放大器模擬輸出端的正弦波信號、方波信號、三角波信號，測試頻率為100KHz時候輸出結(jié)果如圖5圖52和圖53所示。 圖51 正弦波輸出波形圖52 方波輸出波形圖53 三角波輸出波形用鍵盤輸入頻率值，測試輸出信號的頻率值。表51所示為DDS信號發(fā)生器實測頻率與給定頻率對照表。表51 實測頻率與給定頻率對照表給定頻率/Hz實測頻率/Hz正弦波方波三角波101001k10k100k500k800k1M3M5M 本章小結(jié)本章第一步分主要介紹了系統(tǒng)測試的一些基本原來與方法。第二部分則是對本系統(tǒng)進(jìn)行測試，主要觀察了輸出波形是否與所選波形對應(yīng)，以及輸出頻率與給定頻率是否接近。該DDS信號發(fā)生器由于其設(shè)計穩(wěn)定性，電路合理性，基本完成設(shè)計要求指標(biāo)。第6章 總結(jié)本文結(jié)合DDS波形發(fā)生器的設(shè)計和實現(xiàn)，從理論和實際兩個方面，對數(shù)字直接頻率合成技術(shù)進(jìn)行了研究。經(jīng)過研究，完成了預(yù)定的設(shè)計任務(wù)，在對DDS波形發(fā)生器的研究中，完成了軟件程序的設(shè)計包括單片機(jī)主程序以及初始化程序的設(shè)計；分析了頻率合成技術(shù)的基本問題，并重點介紹了直接數(shù)字頻率合成技術(shù)；研究了基于DDS原理利用FPGA的具體實現(xiàn)波形發(fā)生器的設(shè)計方法，完成了DDS頂層原理圖的設(shè)計。本設(shè)計完成了預(yù)定的所有功能，但由于時間倉促，本設(shè)計還有許多需要完善和改進(jìn)的地方。本設(shè)計中能方便用戶控制的波形種類有限，對于任意波形的輸入控制，可利用現(xiàn)有的FPGA中的ROM資源來存儲波形周期數(shù)據(jù)，另外還可利用內(nèi)部資源來創(chuàng)建RAM來存儲波形,，并且借助編程語言編寫軟件，來實現(xiàn)任意波形的周期數(shù)據(jù)送入FPGA。此外，系統(tǒng)未能實現(xiàn)對信號幅值和直流偏移量得可數(shù)控調(diào)節(jié)，這也是設(shè)計的不足之處。所以，本設(shè)計的各項功能指標(biāo)還有待完善。