【正文】 畢業(yè)設計（論文） 基于 AT89S52 單片機的 DDS 信號發(fā)生器設計 摘 要 信號發(fā)生器又稱信號源或振蕩器在生產(chǎn)實踐和科技領(lǐng)域中有著廣泛的應用各種波形曲線均可以用三角函數(shù)方程式來表示例如在通信廣播電視系統(tǒng)中都需要射頻高頻發(fā)射這里的射頻波就是載波把音頻低頻視頻信號或脈沖信號運載出去就需要能夠產(chǎn)生高頻的振蕩器在工業(yè)農(nóng)業(yè)生物醫(yī)學等領(lǐng)域內(nèi)如高頻感應加熱熔煉淬火超聲診斷核磁共振成像等都需要功率或大或小頻率或高或低的振蕩器 本設計主要有三大模塊主控制器模塊信號發(fā)生模塊和 液晶顯示模塊采用AT89S52 單片機為主控制器由它來控制 DDS 芯片 AD9835 再通過 DAC0832 它是一個 8 位的數(shù)模轉(zhuǎn)換器可以完成數(shù)字量輸入到模擬量輸出的轉(zhuǎn)換然后經(jīng)運放調(diào)節(jié)電壓幅度產(chǎn)生 1MHz～ 15MHz 的正弦波和方波最后由液晶屏顯示液晶屏采用的是四線電阻觸摸式其重點討論了 AD9835 基本工作原理 DAC 數(shù)模轉(zhuǎn)換及其與 89S52單片機控制系統(tǒng)的硬件結(jié)構(gòu)和軟件設計框圖此外還增加了觸摸屏應用起來比較方便 關(guān)鍵詞單片機 89S52AD9835 芯片 DAC0832 觸摸屏 Abstract Signal generator is signal power or oscillator in production practice and science and technology has been widely used in the field Various waveform curve can be expressed by trigonometric function equations For example in telemunications broadcasting and television systems highfrequency radio frequency need emission here is the carrier of radio frequency waves video and audio low signals or carrying out the pulse signal need to be able to produce highfrequency oscillator In industry agriculture biomedical fields such as in highfrequency heating smelting quenching ultrasonic diagnosis nuclear magic resonance imaging etc all need power or big or small high or low frequency or the oscillator The three main module design control module signal module and LCD module AT89S52 SCM mainly adopted by it to control the controller chip AD9835 DAC0832 through spurious again it is a of 8 bits can be pleted digitaltoanalog converters digital input to the analog output conversion then the opamp regulation to meet the requirements of the voltage waveform finally by the display on the LCD panel LCD USES is four line resistance feeling This paper discusses the basic principle of work and AD9835 89S52 interface the single chip microputer control system the hardware structure and software design working principle and touch screen Key words SCMAD9835 chipDAC0832TouchScreen 目 錄 1 緒論 1 11 課題研究的意義與作用 1 12 DDS 的研究現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢 1 13 DDS 系統(tǒng)簡介 2 DDS 的基本原理 2 的性能特點 3 2 系統(tǒng)設計 4 21 系統(tǒng)組成 4 22 方案論證與比較 4 正弦波產(chǎn)生方案論證與選擇 4 幅度和頻率控制方案 6 模擬幅度調(diào)制 7 數(shù)字 PSKASK 載波調(diào)制 8 3 硬件電路模塊設計 10 31 正弦信號產(chǎn)生模塊 10 32 輸出電壓幅度控制 12 33 模擬和數(shù)字調(diào)制 13 35 觸摸屏顯示模塊 13 工作原理 13 硬件設計 13 4 單片機 AT89S52 簡介 16 41 AT89S52 的引腳及其功能 17 IO 口 19 P3 口的第二功能 20 42 特殊功能寄存器 20 5 系統(tǒng)軟件設計 22 51 如何進行程序設計 22 52 流程圖 22 主流程圖 22 初始化 AD9835 23 結(jié) 論 25 參考文獻 26 附錄一電路原理圖 27 附錄二源程序 28 致 謝 37 1 緒論 11 課題研究的意義與作用 1971 年美國學者 j Tierney 等人撰寫的 A Digital Frequency Synthesizer文中首次提出了以全數(shù)字技術(shù)從相位概念出發(fā)直接合成所需波形的一種新的頻率合成原理限于當時的技術(shù)和器件水平它的性能指標尚不能與已有的技術(shù)相比故未受到重視近 10年間隨著微電子技術(shù)的迅速發(fā)展直接數(shù)字頻率合成器 Direct Digital Frequency Synthesis 簡稱 DDS 或 DDFS 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)越性能和特點成為現(xiàn)代頻率合成技術(shù)中的姣姣者具體體現(xiàn)在相對帶寬寬頻率轉(zhuǎn)換時間短頻率分辨率高輸出相位連續(xù)可 產(chǎn)生寬帶正交信號及其他多種調(diào)制信號可編程和全數(shù)字化控制靈活方便等方面并具有極高的性價比 12 DDS 的研究現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢 在頻率合成 FS Frequency Synthesis 領(lǐng)域中常用的頻率合成技術(shù)有模擬鎖相環(huán)數(shù)字鎖相環(huán)小數(shù)分頻鎖相環(huán) fractionalN PLL Synthesis 等直接數(shù)字合成 Direct Digital Synthesis－ DDSDDS 是產(chǎn)生高精度快速變換頻率輸出波形失真小的優(yōu)先選用技術(shù) DDS 以穩(wěn)定度高的參考時鐘為參考源通過精密的相位累加器和數(shù)字信號處理通過高速 DA 變換器產(chǎn)生所需 的數(shù)字波形通常是正弦波形這個數(shù)字波經(jīng)過一個模擬濾波器后得到最終的模擬信號波形 [1]如圖 11 所示通過高速DAC 產(chǎn)生數(shù)字正弦數(shù)字波形通過帶通濾波器后得到一個對應的模擬正弦波信號最后該模擬正弦波與一門限進行比較得到方波時鐘信號 DDS 系統(tǒng)一個顯著的特點就是在數(shù)字處理器的控制下能夠精確而快速地處理頻率和相位除此之外 DDS 的固有特性還包括相當好的頻率和相位分辨率頻率的可控范圍達μ Hz級相位控制小于 009176。能夠進行快速的信號變換輸出 DAC的轉(zhuǎn)換速率 300 百萬次秒這些特性使 DDS 在軍事雷達和通信系統(tǒng)中應用日益廣泛 其實 以前 DDS 價格昂貴功耗大以前的功耗達 Watt 級 DAC 器件轉(zhuǎn)換速率不高應用受到限制因此只用于高端設備和軍事上隨著數(shù)字技術(shù)和半導體工業(yè)的發(fā)展DDS 芯片能集成包括高速 DAC 器件在內(nèi)的部件其功耗降低到 mW 級 AD9851 在 33v時功耗為 650mW功能增加了價格便宜因此 DDS也獲得廣泛的應用現(xiàn)代電子器件通信技術(shù)醫(yī)學成像無線 PCSPCN 系統(tǒng)雷達衛(wèi)星通信例如如何產(chǎn)生方波如圖 11 方波輸出框圖 圖 11 方波輸出框圖 13 DDS 系統(tǒng)簡介 DDS 的基本原理 DDS的基本原理是利用采樣定理通過查表法產(chǎn)生波形 DDS的結(jié)構(gòu) 有很多種其基本的電路原理可用圖 12 來表示 圖 12 DDS 原理圖 相位累加器由 N位加法器與 N位累加寄存器級聯(lián)構(gòu)成每來一個時鐘脈沖ｆｓROM 的相位取樣地址這樣就可把存儲在波形存儲器內(nèi)的波形抽樣值二進制編碼經(jīng)查找表查出完成相位到幅值轉(zhuǎn)換波形存儲器的輸出送到 D／ AD／ ADDS 在相對帶寬頻率轉(zhuǎn)換時間高分辨力相位連續(xù)性正交輸出以及集成化等一系列性能指標方面遠遠超過了傳統(tǒng)頻率合成技術(shù)所能達到的水平為系統(tǒng)提供了優(yōu)于模擬信號源的性能 的性能特點 1 輸出頻率相對帶寬較寬 輸出頻率帶寬為 50ｆ s40ｆ sDDS 是一 個開環(huán)系統(tǒng)無任何反饋環(huán)節(jié)這種結(jié)構(gòu)使得 DDS的頻率轉(zhuǎn)換時間極短事實上在 DDS的頻率控制字改變之后需經(jīng)過一個時鐘周期之后按照新的相位增量累加才能實現(xiàn)頻率的轉(zhuǎn)換因此頻率轉(zhuǎn)換的時間等于頻率控制字的傳輸時間也就是一個時鐘周期的時間時鐘頻率越高轉(zhuǎn)換時間越短 DDS 的頻率轉(zhuǎn)換時間可達納秒數(shù)量級比使用其它的頻率合成方法都要短數(shù)個數(shù)量級 3 頻率分辨率極高 若時鐘ｆ sDDSＮ N即可獲得任意小的頻率分辨率目前大多數(shù) DDS的分辨率在１ Hz１ MHzDDS 輸出頻率實際上改變的每一個時鐘周期的相位增量相位函數(shù)的曲線是連續(xù)的 只是在改變頻率的瞬間其頻率發(fā)生了突變因而保持了信號相位的連續(xù)性 5 輸出波形的靈活性 只要在 DDS 內(nèi)部加上相應控制如調(diào)頻控制 FM 調(diào)相控制 PM 和調(diào)幅控制 AM 即可以方便靈活地實現(xiàn)調(diào)頻調(diào)相和調(diào)幅功能產(chǎn)生 FSKPSKASK和 MSK等信號另外只要在 DDS 的波形存儲器存放不同波形數(shù)據(jù)就可以實現(xiàn)各種波形輸出如三角波鋸齒波和矩形波甚至是任意的