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基于ad9850的信號(hào)發(fā)生器設(shè)計(jì)_畢業(yè)設(shè)計(jì)-文庫吧資料

2024-09-05 19:58本頁面
  

【正文】 入到 AD9850 芯片內(nèi) ,系統(tǒng)的程序流程圖如圖 4 所示。 圖 AD9850與單片機(jī)連接 20 LCD 與單片機(jī)的連接 圖 LCD與單片機(jī)的接口電路 在實(shí)際的接線中, 1602 的 DB0— DB7 與 89S52 的 P0 口相接, RS與 相接,、鍵盤模塊 圖 鍵盤控制電路 /W 與 相接, E 與 相接。單片機(jī)與 AD9850 的接口既可采用并行方式 ,也可采用串行方式 ,但為了充分發(fā)揮芯片的高速性能 ,應(yīng)在單片機(jī)資源允許的情況下盡可能選擇并行方式 ,本文重 點(diǎn)介紹其并行方式的接口。 內(nèi)部原理圖如下: 17 圖 MAX232原理圖 結(jié)構(gòu)與性能 1602 型 LCD 可以顯 示 2行 16 個(gè)字符,有 8位數(shù)據(jù)總線 D0~ D7 和 RS, R/W, 18 EN三個(gè)控制端口,工作電壓為 5V,并且具有字符對(duì)比度調(diào)節(jié)和背光功能 [6]。有各種各樣的封裝,有只有一個(gè)通道的,也有多通道的,有底耗電的,也有耐 15kv 高壓的。 15 腳 DNG、 16腳 VCC( +5v)。我們只用了第二通道的 4 只腳。 而我們用只需一個(gè)通 道就行啦。 8腳( R2IN)、 9 腳( R2OUT)、 10腳( T2IN)、 7腳( T2OUT)為第二數(shù)據(jù)通道。由 1 1 1 14腳構(gòu)成兩個(gè)數(shù)據(jù)通道。功能是產(chǎn)生 +12v 和 12v 兩個(gè)電源,提供給 RS232 串口電平的需要。 它的內(nèi)部結(jié)構(gòu)基本可分三個(gè)部分; 第一部分是電荷泵電路。所以說一些同樣功能型號(hào)的電子器件在兼容性上往往會(huì)帶來意想不到的問題,值得引起注意。以前通過簡(jiǎn)單的器件之間替換比較,發(fā)現(xiàn)不同牌號(hào)的 24C02 其抗干擾性能是不一樣的,于是就認(rèn)定 24C02 器件存在 質(zhì)量 好壞的問題。 24C02 結(jié)構(gòu)與性能 24C02 與單片機(jī)的接口非常簡(jiǎn)單 ,如下圖所示: 圖 單片機(jī)接口 E0, E1, E2 為器件地址線, WP為寫保護(hù)引腳, SCL, SDA 為二線串行接口,符合 I2C 總線協(xié)議。在 flash 編程和校驗(yàn)時(shí), P2口也接收高 8位地址字節(jié)和一些控制信號(hào) [4]。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(gè)有下拉電阻 10K、上拉電容 10μ f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(duì)單片機(jī)實(shí)施按鍵電平復(fù)位。上電復(fù)位電容充電來實(shí)現(xiàn)。對(duì)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(huì)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 30pF,晶振采用 。這個(gè)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 [5]。電容取 30PF 左右。內(nèi)部方式時(shí),時(shí)鐘發(fā)生器對(duì)振蕩脈沖二分頻,如晶振為 12MHz,時(shí)鐘頻率就為 6MHz。在這種應(yīng)用中, P2 口使用很強(qiáng)的內(nèi)部上拉發(fā)送 1。作為輸入使用時(shí),被外部拉低的引腳由于內(nèi)部電阻的原因,將輸出電流。能驅(qū)動(dòng) 4 個(gè) TTL 邏輯電平。此外, 和 分別作定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器 2 的外部計(jì)數(shù)輸入( )和時(shí)器 /計(jì)數(shù) 器 2 的觸發(fā)輸入( ),在 flash 編程和校驗(yàn)時(shí),P1 口接收低 8 位地址字節(jié)。對(duì) P1 端口寫 “1”時(shí),內(nèi)部上拉電阻把端口拉高,此時(shí)可以作為輸入口使用。程序校驗(yàn)時(shí),需要外部上拉電阻。在這種模式下, P0 具有內(nèi)部上拉電阻。對(duì) P0 端口寫 “1”時(shí),引腳用作高阻抗輸入。 AT89S52 的引腳結(jié)構(gòu)如圖: 13 圖 單片機(jī) AT89S52引腳結(jié)構(gòu)圖 P0 口: P0 口是一個(gè) 8 位漏極開路的雙向 I/O 口??臻e模式下, CPU 停止工作,允許 RAM、定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器、串口、中斷繼續(xù)工作。 AT89S52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(shí)器、 2個(gè)數(shù)據(jù)指針、三個(gè) 16 位定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器、一個(gè) 6向量 2 級(jí)中斷結(jié)構(gòu)、全雙工串行口、片內(nèi)晶振 及時(shí)鐘電路。片上 Flash 允許程序存儲(chǔ)器在系統(tǒng)可編程,亦適于常規(guī)編程器。 圖 控制字并行輸入的時(shí)序圖 AT89S52 結(jié)構(gòu)與性能 AT89S52 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(chǔ)器。這 40位控制字可通過并行方式或串行方式輸入到 AD9850,圖 是控制字并行輸入的控制時(shí)序圖 ,在并行裝入方式中 ,通過 8位總線 D0? D7將 可數(shù)據(jù)輸入到寄存器 ,在重復(fù) 5次之后再在高速 DDS 頻率相位數(shù)據(jù)寄存器 數(shù)據(jù)輸入寄存器 12 FQUD 上升沿把 40 位數(shù)據(jù)從輸入寄存器裝入到頻率 /相位數(shù)據(jù)寄存器 (更新 DDS輸出頻率和相位 ),同時(shí)把地址指針復(fù)位到第一個(gè)輸入寄存器?;蜻@些值的組合進(jìn)行調(diào)整。、 176。、 90176。在 125MHz 的時(shí)鐘下 , 32 位的頻率控制字可使AD9850 的輸出頻率分辨率達(dá) 。其系統(tǒng)功能如圖 33 所示。 DAC 滿量程輸出電流通過一個(gè)外接電阻 RSET調(diào)節(jié) ,調(diào)節(jié)關(guān)系為: setset RVI 24 ?? ( 31) Rset 的典型值是 。輸出的正弦波周期 T0=Tc2N/ M,頻率 fout=Mfc/ 2N,Tc、fc 分別為外部參考時(shí)鐘的周期和頻率。查詢表把輸入地址的相位信息映射成正弦波幅度信號(hào) ,然后驅(qū)動(dòng) DAC 以輸出模擬量。~360176。相位寄存器的輸出與相位控制字相加后可輸入到正弦查詢表地址上。可編程 DDS 系統(tǒng)的核心是相位累加器 ,它由一個(gè)加法器和一個(gè) N 位相位寄存器組成 , N 一般為 24~32。中層虛線內(nèi)是一個(gè)完整的可編程 DDS 系統(tǒng) ,外層虛線內(nèi)包含了AD9850 的主要組成部分 [7]。 AD9850 采用先進(jìn)的 CMOS 工藝 ,其功耗在 155mW,擴(kuò)展工業(yè)級(jí)溫度范圍為- 40~80℃ ,采用 28 腳 SSOP 表面封裝形式。 數(shù)字波形合成的理論分析 對(duì)于一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的正弦信號(hào)可用如下函數(shù)表示: 它的相位是時(shí)間的線性函數(shù),即 相位函數(shù)對(duì)時(shí)間的導(dǎo)數(shù)是常數(shù),即 對(duì)于( )式信號(hào)進(jìn)行采樣,若采樣周期為 則可得到離散的波形序列 離散的相位序列為 9 第三章 芯片的簡(jiǎn)介 結(jié)構(gòu)與性能 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(gè)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。比較起來,橢圓濾波器性能更好,本設(shè)計(jì)中采用的是橢圓濾波器 [10]。切比雪夫?yàn)V波器在通帶內(nèi)衰減在零值和一個(gè)上限值之間做等起伏變化,阻帶內(nèi)衰減單調(diào)增 大,帶內(nèi)有起伏,但過渡帶比較陡峭 。常用的濾波器的頻率響應(yīng)有三種 :巴特沃斯型( Butterworth),切比雪夫型 (Chebyshev)和橢圓型 (Cauer)。 fo 處的非諧波分量,幅值包絡(luò)為辛格函數(shù)。需要注意的是,頻率合成器對(duì) D/A 轉(zhuǎn)換器的分辨率有一定的要求, D/A 轉(zhuǎn)換器的分辨率越高,合成的正弦波 S(t)臺(tái)階數(shù)就越多,輸出的波形的精度也就越高。 相位 — 幅度變換原理圖如下圖所示: 圖 相位 — 幅度變換原理圖 D/A 轉(zhuǎn)換器的作用是把合成的正弦波數(shù)字量轉(zhuǎn)換成模擬量。~ 360176。 波形存儲(chǔ)器 用相位累加器輸出的數(shù)據(jù)作為波形存儲(chǔ)器的取樣地址,進(jìn)行波形的相位一幅值轉(zhuǎn)換, 即可在給定的時(shí)間上確定輸出的波形的抽樣幅值。 控制波形的加法器 通過改變波形控制字 W 可以控制輸出信號(hào)的波形。 控制相位的加法器 通過改變相位控制字 P 可以控制輸出信號(hào)的相位參數(shù) 。這樣,相位累加器在時(shí)鐘的作用下,進(jìn)行相位累加。每來一個(gè)時(shí)鐘脈沖 fc,加法器將頻率控制字 K 與寄存器輸出的累加相位數(shù)據(jù)相加,再把相加后的結(jié)果送至寄存器的數(shù)據(jù)輸入端。要改變 DDS的輸出頻率,只要改變控 制字 K 即可。當(dāng) K=1 時(shí), DDS 輸出最低頻率(也即頻率分辨率),為 fc/2n,而 DDS 的最大輸出頻率由 Nyquist 采樣定理決定,即 fc/2,也就是說 K 的最大值為 2N1。 頻率預(yù)置與調(diào)節(jié)電路 K 被稱為頻率控制字,也叫相位增量。這一關(guān)系可以通過查詢 ROM 很容易實(shí)現(xiàn),該查詢表的地址線對(duì)應(yīng)相位信息,數(shù)據(jù)線對(duì)應(yīng)幅值信息,所以正弦信號(hào)沿軸方向等間隔取樣,就得到該信號(hào)的抽樣序列,并將取樣值用二進(jìn)制表示。一個(gè)數(shù)字頻率合成器由相位累加器、加法器、波形存儲(chǔ)器( ROM)、D/A 轉(zhuǎn)換器和低通濾波器( LPF)其工作原理 如圖 所示 : 圖 DDS原理框圖 其中 K 為頻率控制字、 P 為相位控制字、 W 為波形控制字、 f c 為參考時(shí)鐘頻率, N 為相位累加器的字長(zhǎng), D 為 ROM 數(shù)據(jù)位及 D/A 轉(zhuǎn)換器的字長(zhǎng)。 總體設(shè)計(jì)框圖 系統(tǒng)框圖如圖 圖 系統(tǒng)框圖 通過鍵盤對(duì)波形的頻率進(jìn)行控制實(shí)可行的型號(hào)。綜合考慮后本設(shè)計(jì)選用 5 階的橢圓濾波器。一般設(shè)計(jì)主要有三中常見的濾波器:巴特沃斯低通濾波器、切比雪夫低通濾 3 波器和橢圓濾波器。所以,本系統(tǒng)采用 AT89S52 作為控制核心,為了提高運(yùn) 算速度,所以采用并行方式。 論證方案 AD9850 控制字的寫入方式有并行和串行兩種,并行寫入方式的優(yōu)點(diǎn)是數(shù)據(jù)傳輸?shù)乃俣瓤? ,能夠提升整個(gè)系統(tǒng)的處理速度 ,但占用的單片機(jī)的 I/ O 口資源太多。 采用 DDS 芯片制作的信號(hào)源,輸出信號(hào)的頻率和幅度都可由微機(jī)來精確控制,常用的幅度調(diào)節(jié)方法是在 DDS 輸出端加數(shù)字增益控制電路,或者通過改變DAC 的參考電壓或編程電阻來實(shí)現(xiàn)。但是 DDS 有一個(gè)明顯的缺點(diǎn),輸出頻率接近時(shí)鐘頻率的一半時(shí),采樣點(diǎn)數(shù)就 越少,輸出地雜散干擾就越大。要根據(jù)實(shí)際需求選擇合適的控制核心。 單片機(jī)控制電路模塊, AD9850 控制字的寫入方式有并行和串行兩種,并行寫入方式的優(yōu)點(diǎn)是數(shù)據(jù)傳輸?shù)乃俣瓤? ,能夠提升整個(gè)系統(tǒng)的處理速度 ,但占用的單片機(jī)的 I/ O 口資源太多。 問題的提出 基于 AD9850 信號(hào)發(fā)生器硬件設(shè)計(jì)主要有三部分組成:?jiǎn)纹瑱C(jī)控制電路模塊、 DDS 波形 產(chǎn)生模塊和液晶顯示模塊。 信號(hào)發(fā)生器是一種常用的信號(hào)源 ,廣泛應(yīng)用于電子測(cè)量、自動(dòng)控制和工程設(shè)計(jì)等領(lǐng)域。并且, DDS 可輸出信號(hào)的相位,在變頻時(shí),可保持相位的連續(xù);生成的正弦 /余弦正交特性好等優(yōu)點(diǎn)。 DDS 是從上世紀(jì)七十年代發(fā)展起來的一種頻率合成技術(shù),它采用數(shù)字處理模塊,參照一個(gè)頻率固定且精確的時(shí)鐘頻率源,產(chǎn)生頻率、相位均可調(diào)的輸出信號(hào)。具體體現(xiàn)在相對(duì)帶寬、頻率轉(zhuǎn)換時(shí)間短、頻率分辨率高、輸出相位連續(xù)、可產(chǎn)生寬帶正交信號(hào)及其他多種調(diào)制信號(hào)、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(jià)比。近幾年超高速數(shù)字電路的發(fā)展以及對(duì)DDS的深入研究, DDS 的最高工作頻率以及噪聲性能已接近并達(dá)到鎖相頻率合成器相當(dāng)?shù)乃健? 于是,函數(shù)發(fā)生技術(shù)結(jié)合最新的信號(hào)生成技術(shù)( DDS),便產(chǎn)生了。近幾年超高速數(shù)字電路的發(fā)展以及對(duì) DDS 的深入研究, DDS 的最高工作頻率以及噪聲性能已接 近并達(dá)到鎖相頻率合成器相當(dāng)?shù)乃?。所以要?shí)現(xiàn)高性能
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