【正文】 4 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 主要組成部分 。 QOUT：輸出為真，是比較器的真正輸出。 VINP：不轉(zhuǎn)換電平輸入，是比較器的同相輸入。 IOUTB： DAC的互補模擬輸出。 AD9850 的參考時鐘頻率一般遠高于單片機的時鐘頻率，因此 AD9850 的復位（ RESET ）端可與單片機的復位端直接相連。這是整片的重新設置功能，即當此腳置為高電平時，它清除 (除輸入寄存器 )所 有寄存器中的數(shù)據(jù) [5]。這是一個用于重復輸人 32bit 頻率和 8bit 相位 /控制字的 8bit數(shù)據(jù)輸入端口， D7是最高位， D0是最低位，它還是 40bit 串行數(shù)據(jù)輸入端口。在此時鐘的上升沿， DDS將刷新已輸入到數(shù)據(jù)輸入寄存器中的頻率 (或相位 )字，使輸入數(shù)據(jù)寄存器歸零。此時鐘用來控制并行或串行輸入頻率 /相位控制字。 AVDD：模擬電路電源。 DGND：數(shù)字電路地。此電阻設置了 DAC輸出電流的幅值，在 一般情況下 Iout=3mA。此時鐘輸入可以是連續(xù)的 CMOS序列，也可以是經(jīng)1/2電源電壓偏置的模擬正弦波輸入。 供電時僅為 155mW，擴展工業(yè)級溫度范圍為 40～ 80℃ ，采用 28腳 SSOP表面封裝形式。美國 AD公司推出的高集成度頻率合成器 AD9850 便是采用 DDS技術的典型產(chǎn)品之一。 其中單片機復位方式包括上電自動復位和按鍵復位兩種，本設計中采用按鍵復位的方式來對AT89C51進行復位，復位電路如圖 32。另外 ,在單片機工作工程中，如果出現(xiàn)死機時，也必須對單片機進行復位，使其重新開始工作。本設計選電容為 典型值 30pF，系統(tǒng)時鐘頻率為 12MHz，晶振電路如圖 32所示。 CMOS型單片機內(nèi)部（如 AT89C51）有一個可 控的負反饋反相放大器，外接晶振（或陶瓷諧振器）和電容組成振蕩器。 MCS51內(nèi)部都有一個反相放大器， XTAL XTAL2分別為反相放大器輸入和輸常州工學院電子信息與電氣工程學院畢業(yè)設計說明書 12 出端，外接定時反饋元件以后就組成振蕩器，產(chǎn)生時鐘送至單片機內(nèi)部的各個部件。 1. 時鐘電路 時鐘電路是計算機的心臟，它控制著計算機的工作節(jié)奏。 ：來自反向振蕩器的輸出。在 FLASH 編程期間，此引腳也用于施加 12V編程電源（ VPP）。 10./EA/VPP：當 /EA保持低電平時，則在此期間外部程序存儲器（ 0000HFFFFH），不管是否有內(nèi)部程序存儲器。在由外部程序存儲器取指令期間，每個機器周期兩次 /PSEN 有效。如果微處理器在外部執(zhí)行狀態(tài) ALE 禁止，置位無效。 P3 口同時為閃爍編程和編程校驗接收一些控制信號。然而要注意的是：每當用作外部數(shù)據(jù)存儲器常州工學院電子信息與電氣工程學院畢業(yè)設計說明書 11 時，將跳過一個 ALE 脈沖。在平時， ALE端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號，此頻率為 振蕩器頻率的 1/6。 ：當訪問外部存儲器時，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的低八位字節(jié)。 P3口也可作為 AT89C51的一些特殊功能口，如表 ： 引 腳 第 二 功 能 信 號 名 稱 RXD 串行數(shù)據(jù)接收 TXD 串行數(shù)據(jù)發(fā)送 INT0 外部中斷 0 請求 INT1 外部中斷 1 請求 T0 定時器 /計數(shù)器 0 輸入 T1 定時器 /計數(shù)器 1 輸入 WR 外部 RAM 寫選通 RD 外部 RAM 讀選通 ：復位輸入。當 P3口寫入“ 1”后，它們被內(nèi)部上拉為高電平，并用作輸入。P2口在 FLASH編程和校驗時接收高八位地址信號和控制信號。 P2 口當用于外部程序存儲器或 16位地址外部數(shù)據(jù)存儲器進行存取時， P2口輸出地址的高八位。并因此作為輸入時， P2 口的管腳被外部拉低，將輸出電流。在 FLASH編程和校驗時， P1 口作為低八位地址接收。 ： P1口是一個內(nèi)部提供上拉電阻的 8位雙向 I/O口， P1 口緩沖器能接收輸出 4TTL門電流。 P0能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲器，它可以被定義為數(shù)據(jù) /地址的低八位。 管腳說明 其管腳如圖 31所示： 1 .001 .111 .221 .331 .441 .551 .661 .77R S T8P 3 .0 /R X D9P 3 .1 /T X D10P 3 .2 /IN T 011P 3 .3 /IN T 112P 3 .4 /T 013P 3 .5 /T 114P 3 .6 /W R15P 3 .7 /R D16X217X118G N D19V C C20P 0 .021P 0 .122P 0 .223P 0 .324P 0 .425P 0 .526P 0 .627P 0 .728EA29A L E30P S E N31P 2 .732P 2 .633P 2 .534P 2 .435P 2 .336P 2 .237P 2 .138P 2 .039 圖 3189C51 管腳圖 ：供電電壓； ：接地； ： P0口為一個 8位漏極開路雙向 I/O口，每腳可吸收 8TTL 門電流。由于將多功能 8位 CPU和閃爍存儲器組合在單個芯片中， ATMEL 的 89C51 是一種高效微控制器。單片機的可擦除只讀存儲器可以反復擦除 100次。用戶通過鍵盤輸入的波形參數(shù)被 AT89S51接收，并經(jīng)其處理后將計算出的控制字傳送給 AD9850，由其輸出可控波形。 運放模塊是 對正弦波形進一步處理，來得到理想幅值的波形。 DAC 的分辨率會對輸出波形的精度產(chǎn)生較大影響 ； DAC 的分辨率越高 ,組成正弦波的階梯數(shù)就越多、越密集 ,形狀就越接近與正弦波形 ,輸出波形的精度也就越高。 相位序列碼到幅度序列碼的變換常州工學院電子信息與電氣工程學院畢業(yè)設計說明書 8 裝置就是利用只讀存儲器 RAM來完成的。每 2N 是一個周期 ,周期過后寄存器中的數(shù)值歸零 ,如此循環(huán)、周 而復始的相加。將一個周期 2*? 平均分成等份 ,由于頻率 控制字的循環(huán)累加 ,每次轉(zhuǎn)動一個角度 2* /2N? ,則可以產(chǎn)生一個頻率為 /2cf 的正弦波相位遞增量。雖然的幅度增量是非線性的 ,但是它的相位增量卻是線性的 ,因此 DDS 利用相位增量 的線性變化，在時鐘脈沖 下，讓相位實現(xiàn)一個個步長的增加，來決定輸出信號的頻率與精度。 頻 率 控 制 字 D / A 轉(zhuǎn) 換 器波 形 存 儲 器 R O M相 位 累 加 器時 鐘 源 圖 22 DDS的基本組成模塊 ① 時鐘源 由一個穩(wěn)定度比較高的晶體振蕩器組成，為整個電路提供高精度頻率信號，是 DDS正常工作的核心 器件。 （ 3）數(shù)字合成和濾波模塊 DSS芯片 是本設計的核心 模塊 ， 主要 是 由相位累加器、正弦波形表、 D/A轉(zhuǎn)換器、低通濾波器組成 ，其基本組成 如圖 21。 （ 1） 單片機模塊 本設計中單片機是系 統(tǒng)的控制中心， 用來向 DDS輸入控制字，用戶按鍵輸入命令的判斷，以及 LCD內(nèi)容的顯示。各模塊的功能：波形產(chǎn)生由單片機控制模塊和數(shù)字合成模塊實現(xiàn)，濾波模塊及運放模塊用來對波形進行處理。它不僅采用軟硬件結(jié)合，軟件控制硬 件的方法來實現(xiàn)，使得信號頻率的穩(wěn)定性和精度的準確性得以保證，而且它使用的幾種元器件都是常用的元器件，容易得到，且價格便宜，使得硬件的開銷達到最省。 方案四： 采用 AT89C51 和 專用直接數(shù)字合成ＤＤＳ芯片的函數(shù)發(fā)生器 ，能產(chǎn)生任意波形并達到很高的頻率，而且該方案電路較簡單， 性價比高。 方案三：采用 AT89C51 單片機和 DAC0832 數(shù)模轉(zhuǎn)換器的 相結(jié)合電路來產(chǎn)生波形，這種方法是采用的軟件濾波，因此就不會產(chǎn)生寄生的高次諧波分量，所生成的波形相對來說也比較純凈。 方案二：采用函數(shù)信號發(fā)生器 ICL8038 集成的模擬芯片，它是可以同時產(chǎn)生方波、三角波、正弦波的專用集成電路。 (4)輸出幅度為 0—5V。只要對電路稍加修改，調(diào)整程序，即可完成功能升級。 利用單片機采用程序設計方法來產(chǎn)生低頻信號，其下限頻率很低。 4） 低電壓、低功耗 單片機大量用于攜帶式產(chǎn)品和家用消費類產(chǎn)品，低電壓和低功耗尤為重要。又內(nèi)部采用總線結(jié)構(gòu)，減少了芯片之間的連線，這大大提高了單片機的可靠性與抗干擾能力。其邏 輯控制功能及運行速度均高于同一檔次的微機。 2） 控制功能強 單片機體積雖小，但“五臟俱全”，它非常適用于專門的控制用途。 由于單片機的這種特殊的結(jié)構(gòu)形式， 在某些應用領域中，它承擔了大中型計算機和通用微型計算機 所無法完成的一些工作；使其具有很多顯著的優(yōu)點和特點， 在各個領域中都得到了迅猛的發(fā)展。單片機具有體積小、成本低，性能穩(wěn)定、使用壽命長等特點。外形大小和價格 都要相對于過去類似的產(chǎn)品有很大的減少?，F(xiàn)在新的臺式儀器和之前的已經(jīng)有了很多地方的區(qū)別。因為 VXI總線的逐步成熟，而且對測量儀器要求的增高，很多方面都使用 VXI系統(tǒng)來測量產(chǎn)生復雜的波形， VXI里面的系統(tǒng)資源辦證了它的優(yōu)勢，不過因為開發(fā) VXI模塊的周期較長，還需要有 VXI機箱的配套，讓 VXI模塊局限于航空、軍事和國防等重大領域； 民用的方面， VXI 模塊還不如臺式的儀器方便。 （ 2）和 VXI資源的結(jié)合。因此促進了函數(shù)信號發(fā)生器向可以產(chǎn)生任意波形的方向發(fā)展，而且計算機語言的快速發(fā)展對信號發(fā)生器的軟件技術也起到了一定的促進。因為信號發(fā)生器軟件的開發(fā) ,我 們便可以用一系列的點或者是直線或者是固定的函數(shù)段把波形的數(shù)據(jù)存入到存儲器中。 信號發(fā)生器技術 發(fā)展 方向 近些年來，函數(shù)信號發(fā)生器的技術發(fā)展特點主要表現(xiàn)在以下 幾個方面： （ 1）輸出波形頻率的不斷提高，讓信號發(fā)生器的應用越來越廣泛。不久， Analogic公司則推出了型號為 Data2020的多波形合成器， Lecroy公司也生產(chǎn)了的型號為 9100的波形發(fā)生器。 90年代末期，出現(xiàn)了一些真正的性能高、價格高的函數(shù)發(fā)生器、不過 HP公司生產(chǎn)了型號為 HP770S 的信號模擬裝置系統(tǒng)，它是由 HP8770A任意波形數(shù)字化和 HP1776A波形發(fā)生軟件組成的。 70年代之后，由于微處理器的出現(xiàn)，我們就可以利用處理器、 A/D/和 D/A，硬件和軟件來讓波形發(fā)生器的功能增大，可以產(chǎn)生出更為復雜的波形。 70年代以前的波形發(fā)生器大都使用模擬電子技術，但是模擬器件組成的電路存在著一些缺點，比如說：尺寸大、價格貴、功耗大等，并且要產(chǎn)生相對來說比較復雜的信號波形，那么電路結(jié)構(gòu)就會非常復雜。當 工作的需求和功能有所增加，則電路的復雜程度也會相應的增大。不過這種電路 存在 一定 的缺點如：波形的質(zhì)量差、比較難控制、可以調(diào)節(jié)的范圍小、電路比較復雜和體積較大等。后者是指其輸出信號的頻率、幅度、調(diào)制系數(shù)等在一定范圍內(nèi)連續(xù)可調(diào)，并且讀數(shù)準確、穩(wěn)定、屏蔽良好的中、高檔信號發(fā)生器。按照信號發(fā)生器性能指標可以分為一般信號發(fā)生 器和標準信號發(fā)生器。按照頻率范圍分類可以分為：超低頻信號發(fā)生器、低頻信號發(fā)生器、視頻信號發(fā)生器、高頻波形發(fā)生器、甚高頻波形發(fā)生器和超高頻信號發(fā)生器。開發(fā)低功耗、寬頻帶，能產(chǎn)生多種波形并具 有程控等低頻的信號發(fā)生器就顯得更加重要和更具意義。比如說 ，在類似于電視、示波器等儀器中，我們要讓電子遵循一定規(guī)律去運動和屏幕可以顯示圖像，我們就會用到鋸齒波發(fā)生器來做為基本電路。 信號發(fā)生器作為一種常用的電子儀器，在生產(chǎn)、科研、測控、通訊等多個領域都得到了廣泛的應用。如今 ，許多信號發(fā)生器 都 帶有微處理器，而且都具備 了自校、自檢、自動故障診斷和自動波形形成和修正等功能， 可以和控制計算機及其他的實驗儀器一起構(gòu)成自動測試系統(tǒng)。 第九章 附錄 ................................................... 39 常州工學院電子信息與電氣工程學院畢業(yè)設計說明書 1 第一章 基于單片機信號發(fā)生器設計概述 信號發(fā)生器現(xiàn)狀 隨著電子測量及電路實驗 ,儀器設備對信號發(fā)生器的廣泛需求 ,促使信號發(fā)生器發(fā)展迅速 ,種類增多而且性能 不斷 提高。 第七章 結(jié)束語 .................................. 錯誤 !未定義書簽。 鍵盤與顯示電路 ........................................ 18 矩陣鍵盤的設計 ................................... 18 LCD顯示器的設計 ................................. 19 幅度調(diào)節(jié) 的設計 ........................................ 26 AD9850 外圍電路設計 ..................................... 19 晶振的選擇 ........................................ 21 AD9850 與單片機接口電路 .........