【正文】 數(shù)字式頻率合成器（Direct Digital Synthesizer）的英文縮寫。(7)短期頻率穩(wěn)定度。(6)長期頻率穩(wěn)定度。（5）頻率穩(wěn)定度。(4) 頻率準(zhǔn)確度。從發(fā)出頻率切換的指令開始,到頻率切換完成,并進(jìn)入允許的相位誤差范圍所需要的時間。頻率合成后兩相鄰相位點之間的間隔,不同要求的頻率合成對分辨率的要求差別很大。也常用相對帶寬丫來衡量頻率范圍。頻率合成后生成頻率的波動范圍,由最小合成頻率fmin。 頻率合成技術(shù)指標(biāo)： 頻率合成技術(shù)有著諸多技術(shù)指標(biāo),這些技術(shù)指標(biāo)決定了頻率合成技術(shù)的特性及優(yōu)缺點,下面介紹一些基本的頻率合成技術(shù)的技術(shù)指標(biāo)。基于此原理制成的頻率源為頻率合成器,簡稱頻綜。用AT89C52的匯編語言編程實現(xiàn)將鍵盤輸入頻率/相位值轉(zhuǎn)化為AD9850的頻率/相位控制字,從而產(chǎn)生所需的波形。在得到正弦信號波形的同時可以輸出方波和三角波。給出了一種基于DDS芯片AD9850的信號源設(shè)計的總體方案,并設(shè)計開發(fā)了相應(yīng)的硬件系統(tǒng)。2Hzl 輸出頻率 1Hz~1MHzl 頻率準(zhǔn)確度： 104l 頻率穩(wěn)定度： 105l 輸出電壓 0~3Vl 輸出功率 ≥1Wl 輸出波形 正弦波、方波、三角波（可以擴(kuò)展編輯其他任意波形）波形失真 ≤1%本文的主要工作體現(xiàn)在以下幾點:(l)研究信號源設(shè)計的主要技術(shù)基礎(chǔ),分析模擬合成法和直接頻率合成法等傳統(tǒng)設(shè)計方法的局限性以及DDS技術(shù)在信號發(fā)生器中應(yīng)用的優(yōu)勢。 研究內(nèi)容及目標(biāo)l 電源電壓 單相220V177。 選題研究的目的及意義信號源作為一種信號產(chǎn)生的裝置己經(jīng)越來越受到人們的重視,它可以根據(jù)用戶的要求,產(chǎn)生自己所需要的波形,具有重復(fù)性好,實時性強(qiáng)等優(yōu)點,己經(jīng)逐步取代了傳統(tǒng)的函數(shù)發(fā)生器。而不同領(lǐng)域需要不同的信號源,例如在雷達(dá)、通信等領(lǐng)域,就需要短波信號源,要求其具有頻移鍵控、調(diào)頻、調(diào)相等調(diào)制功能。在本文的第六章也將提到一種抑制DDS雜散性的方法,即將DDS與鎖相環(huán) (Phase一Locked Loop, PLL)技術(shù)相結(jié)合。當(dāng)然一味靠增加波形ROM的長度和字長的方法來減小雜散,對性能的提高總是有限的。通過增加波形ROM的字長和D/A轉(zhuǎn)換器的精度減小D/A量化誤差。但是DDS自身的特點決定了它存在著以下兩個比較明顯的缺點:一是輸出信號的雜散比較大,二是輸出信號的帶寬受到限制。通過DDS可以比較容易的產(chǎn)生一些通信中常用的調(diào)制信號如:頻移鍵控 (FSK)、一進(jìn)制相移鍵控 (BPSK)和正交相移鍵控(QPSK)。同時還具有AM、FM、PM、SSB、BPSK、FSK、碎發(fā)、 DTMF Generation和 DTMF Detection的功能,并且具有與PC機(jī)良好的接口,可以通過window界面的程序進(jìn)行任意波形的編輯。HP公司的HP33250可以產(chǎn)生1uHz一80MHz的正弦波和方波,產(chǎn)生1uHz一25MHz的任意波形,任意波形深度64K點,采樣率200M,同時也具備了AM、FM、FSK、碎發(fā)、掃頻等功能。同時還可以產(chǎn)生10mHz一5MHz的任意波形,任意波形深度 16K點。同時輸出波形的頻率分辨率、頻率精度等指標(biāo)也有很大的提高。由于DDS的自身特點,還可以很容易的產(chǎn)生一些數(shù)字調(diào)制信號,如FSK、PSK等。運用DDS技術(shù)生產(chǎn)的DDS任意波型信號發(fā)生器是較新的一類信號源并且已經(jīng)廣泛投入使用。通過運用流水技術(shù)在保證相位累加器工作頻的前提下,相位累加器的字長可以設(shè)計得更長,如AD9852的相位累加器達(dá)到了48bit。這些芯片集成度高,內(nèi)部都集成了D/A轉(zhuǎn)換器,精度最高可達(dá)12bit。其系統(tǒng)時鐘頻率從30MHz到300MHz不等,其中的AD9858系統(tǒng)時鐘更是達(dá)到了1GHz,這些芯片還具有調(diào)制功能。 DDS技術(shù)的研究現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢自20世紀(jì)80年代以來各國都在研制DDS產(chǎn)品,并廣泛地應(yīng)用于各個領(lǐng)域。DDS(直接數(shù)字合成)技術(shù)是從相位概念出發(fā)直接合成所需波形的一種新的頻率合成技術(shù),與傳統(tǒng)的模擬式波形產(chǎn)生法相比,它具有相位變換連續(xù)、頻率轉(zhuǎn)換速度快、分辨率高、穩(wěn)定度高、相位噪聲小、便于集成、易于調(diào)整及控制靈活等多種優(yōu)點。信號發(fā)生器是一種常用的信號源,廣泛應(yīng)用于電子測量、自動控制和工程設(shè)計等領(lǐng)域。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。近幾年超高速數(shù)字電路的發(fā)展以及對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Ｍ瑫r,隨著微電子技術(shù)的迅速發(fā)展,尤其是單片機(jī)技術(shù)的發(fā)展,智能儀器也有了新的進(jìn)展,功能更加完善,性能也更加可靠,智能程度也不斷提高,直接數(shù)字式頻率合成技術(shù)的出現(xiàn)導(dǎo)致了頻率合成領(lǐng)域的一次重大革命。所以要實現(xiàn)高性能的信號源,必須在技術(shù)手段上有新的突破。而傳統(tǒng)的信號源采用振蕩器,只能產(chǎn)生少數(shù)幾種波形,自動化程度較低,且儀器體積大、靈活性與準(zhǔn)確度差。頻率轉(zhuǎn)換時間達(dá)到ns級:頻譜純度越來越高。作為電子系統(tǒng)必不可少的組成部分的信號源,在很大程度上決定了系統(tǒng)的性能,因而常稱之為電子系統(tǒng)的“心臟”。景德鎮(zhèn)陶瓷學(xué)院本科生畢業(yè)設(shè)計（論文）數(shù)字式函數(shù)信號發(fā)生器設(shè)計畢業(yè)論文目 錄摘 要 IABSTRACT II目 錄 III1 緒論 1 選題背景 1 DDS技術(shù)的研究現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢 2 選題研究的目的及意義 3 研究內(nèi)容及目標(biāo) 42 DDS信號源設(shè)計技術(shù)基礎(chǔ) 5 頻率合成技術(shù) 5 頻率合成技術(shù)指標(biāo)： 5 直接數(shù)字頻率合成原理 6 DDS結(jié)構(gòu) 6 DDS的工作原理 8 DDS數(shù)學(xué)原理 9 DDS性能特點 11 DDS芯片AD9850 12 AD9850簡介 12 AD9850的控制字與控制時序 15 AD9850頻率穩(wěn)定度及頻率準(zhǔn)確度 18 系統(tǒng)總體硬件框圖 19 MCU主控部分硬件設(shè)計 20 AT89C52的功能和結(jié)構(gòu) 21 AT89C52的I/O口規(guī)劃 21 AD985O外圍電路設(shè)計 23 晶振的選擇 23 AD9850電源模塊的設(shè)計 24 AD985O接口電路 24 濾波電路 26 采樣保持與A/D轉(zhuǎn)換電路 29 29 A/D轉(zhuǎn)換 30 輸入輸出接口電路設(shè)計 32 輸入接口電路設(shè)計 32 輸出接口電路設(shè)計 33 功率放大器 39 電源模塊設(shè)計 40 軟件總體流程 42 系統(tǒng)初始化 43 AD9850初始化子程序 43 max7219初始化子程序 43 鍵盤掃描及按鍵識別子程序 44 波形數(shù)據(jù)產(chǎn)生 50 AD985O控制字的計算 50 控制字轉(zhuǎn)化子程序 51 控制字傳送子程序 52 A/D轉(zhuǎn)換子程序 53（只用六選一） 55 其它子程序 564+1 結(jié)論 574+2 經(jīng)濟(jì)分析與報告 59致謝 60參考文獻(xiàn) 61附錄A 總程序 62附錄B 原理圖原件清單 73I1 緒論 選題背景在電子技術(shù)領(lǐng)域中,經(jīng)常要用一些信號作為測量基準(zhǔn)信號或輸入信號,也就是所謂的信號源。信號源有很多種,包括正弦波信號源、函數(shù)發(fā)生器、脈沖發(fā)生器、掃描發(fā)生器、任意波形發(fā)生器、合成信號源等。隨著電子技術(shù)的發(fā)展,對信號源的要求越來越高,要求其輸出頻率高達(dá)微波頻段甚至更高,頻率范圍從零Hz到幾GHz頻率分辨率達(dá)到mHz甚至更小,相應(yīng)頻點數(shù)更多。同時,對頻率合成器功耗、體積、重量等也有更高的要求。而現(xiàn)在要求信號源能產(chǎn)生波形的種類多、頻率高,而且還要體積小、可靠性高、操作靈活、使用方便及可由計算機(jī)控制。當(dāng)今高性能的信號源均通過頻率合成技術(shù)來實現(xiàn),隨著計算機(jī)、數(shù)字集成電路和微電子技術(shù)的發(fā)展,頻率合成技術(shù)有了新的突破,直接數(shù)字頻率合成技術(shù)(Direct Digital Synthesis DDS),它是將先進(jìn)的數(shù)字信號處理理論與方法引入到信號合成領(lǐng)域的一項新技術(shù),它的出現(xiàn)為進(jìn)一步提高信號的頻率穩(wěn)定度提供了新的解決方法。直接數(shù)字頻率合成器問世之初,構(gòu)成DDS元器件的速度的限制和數(shù)字化引起的噪聲這兩個主要缺點阻礙了DDS的發(fā)展與實際應(yīng)用。隨著微電子技術(shù)的迅速發(fā)展,直接數(shù)字頻率合成器得到了飛速的發(fā)展,它以有別于其他頻率合成方法的優(yōu)越性能和特點成為現(xiàn)代頻率合成技術(shù)中的佼佼者。現(xiàn)已廣泛應(yīng)用于通訊、導(dǎo)航、雷達(dá)、遙控遙測、電子對抗以及現(xiàn)代化的儀器儀表工業(yè)等領(lǐng)域。隨著電子技術(shù)的發(fā)展,對信號源頻率的穩(wěn)定度、準(zhǔn)確度以及頻譜純度的要求越來越高?；贒DS技術(shù)的信號發(fā)生器是一類新型信號源,它已成為眾多電子系統(tǒng)中不可缺少的組成部分。其中以ADI公司的產(chǎn)品比較有代表性,如AD700AD9850、AD985AD985AD9858等。如AD7008可以產(chǎn)生正交調(diào)制信號,而AD9852也可以產(chǎn)生FSK(Frequency Shift Key)、PSK(Phase Shift Key)、線性調(diào)頻以及幅度調(diào)制的信號。同時都采用了一些優(yōu)化設(shè)計來提高性能,如這些芯片中大多采用了流水技術(shù),通過流水技術(shù)的使用,提高了相位累加器的工作頻率,而使得DDS芯片的輸出頻率可以進(jìn)一步提高。這樣輸出信號的頻率分辨率大大提高了。它不僅能產(chǎn)生傳統(tǒng)函數(shù)信號發(fā)生器能產(chǎn)生的正弦波、方波、三角波、鋸齒波,還可以產(chǎn)生任意編輯的波形。一些高端的信號發(fā)生器甚至可以產(chǎn)生通訊信號。如HP公司的 HP33120可以產(chǎn)生10mHz一15MHz的正弦波和方波。采樣率40M,還具備了調(diào)制功能,可以產(chǎn)生AM、FM、FSK、碎發(fā)、掃頻等信號。,頻率分辨率10mHz。除了在儀器中的應(yīng)用外,DDS在通信系統(tǒng)和雷達(dá)系統(tǒng)中也有很重要的用途。DDS可以產(chǎn)生兩路相位嚴(yán)格正交的信號在正交調(diào)制和解中的到廣泛應(yīng)用,是一種很好的本振源。當(dāng)然隨著技術(shù)的發(fā)展,這些問題正在逐步得到解決,如通過增長波形ROM的長度減小相位截斷誤差。在比較新的DDS芯片中普遍都采用了12bit的D/A轉(zhuǎn)換器。國內(nèi)外學(xué)者在對DDS輸出的頻譜做了大量的分析以后,總結(jié)出了誤差的頻域分布規(guī)律建立了誤差模型,在分析DDS頻譜特性的基礎(chǔ)上又提出了一些降低雜散功率的方法:可以通過采樣的方法降低帶內(nèi)誤差功率,可以用隨機(jī)抖動法提高無雜散動態(tài)范圍(在D/A轉(zhuǎn)換器的低位上加擾打破DDS輸出的周期性,從而把周期性的雜散分量打散使之均勻化)。雖然,DDS技術(shù)的出現(xiàn)使得信號源的性能指標(biāo)得到了飛躍,各種新的產(chǎn)品不斷推出,但是,目前市場上的信號源產(chǎn)品大多是通用型的,一般只能產(chǎn)生正弦波等標(biāo)準(zhǔn)波形。所以,在很多應(yīng)用中,都需要自己設(shè)計不同功能的信號源。本課題的目的就是設(shè)計開發(fā)出一個能產(chǎn)生正弦波、方波、三角波等波形的信號源,信號源的頻率準(zhǔn)確度為104,頻率穩(wěn)定度為105,頻率范圍1Hz—1MHz,波形失真小于1%，而直接數(shù)字頻率合成技術(shù)是研制該系統(tǒng)所要解決的關(guān)鍵技術(shù),因此對本文的研究不僅具有理論意義而且具有實用價值。10%l 電源頻率 50Hz177。(2)闡述AD9850直接數(shù)字頻率合成器芯片的基本原理和性能特點。信號源的頻率準(zhǔn)確度為104,頻率穩(wěn)定度為105,頻率范圍1Hz—1 MHz。(3)給出了系統(tǒng)的軟件設(shè)計思想,并予以實現(xiàn)。2 DDS信號源設(shè)計技術(shù)基礎(chǔ) 頻率合成技術(shù)頻率合成是指以一個或多個參考頻率源為基準(zhǔn),在某一頻段內(nèi),綜合產(chǎn)生并輸出多個工作頻率點的過程。頻率合成技術(shù)是現(xiàn)代通訊電子系統(tǒng)實現(xiàn)高性能指標(biāo)的關(guān)鍵技術(shù)之一,很多電子設(shè)備的功能實現(xiàn)都依賴于所用頻率合成器的性能,因此人們常將頻率合成器喻為眾多電子系統(tǒng)的“心臟”,而頻率合成理論也因此在20世紀(jì)得到了飛躍的發(fā)展。(l)頻率范圍。和最大合成頻率fmax、決定,合成的頻率介于兩者之間。 公式（21）(2)分辨率。(3)切換時間。它與頻率合成的方式密切相關(guān)。指振蕩器實際的頻率值對其標(biāo)稱值的相對偏離,即。指在一定的時間間隔內(nèi),頻率準(zhǔn)確度的變化,分為長期頻率穩(wěn)定度、短期頻率穩(wěn)定度。頻率源在規(guī)定的外界條件下,在一定的時間內(nèi)工作頻率的相對變化,它與所選用的參考源的長期頻率穩(wěn)定度相同。主要指各種隨機(jī)噪聲造成的瞬時頻率或相位起伏,即相位噪聲,它可以從頻域(單邊帶相位噪聲譜密度)和時域(阿侖方差)來表征。與傳統(tǒng)的頻率合成器相比,DDS具有低成本、低功耗、高分辨率和快速轉(zhuǎn)換時間等優(yōu)點,廣泛使用在電信與電子儀器領(lǐng)域,是實現(xiàn)設(shè)備全數(shù)字化的一個關(guān)鍵技術(shù)。一個直接數(shù)字頻率合成器由相位累加器、加法器、波形存儲ROM、D/A轉(zhuǎn)換器和低通濾波器（LPF）構(gòu)成。相位累加器在時鐘的控制下以步長K作累加,輸出的N位二進(jìn)制碼與相位控制字P、波形控制字W相加后作為波形ROM的地址,對波形ROM進(jìn)行尋址,波形ROM輸出D位的幅度碼經(jīng)D/A轉(zhuǎn)換器變成階梯波,再經(jīng)過低通濾波器平滑后就可以得到合成的信號波形。這里我們用DDS實現(xiàn)正弦波的合成作為說明介紹。DDS方程為：,為輸出頻率,為時鐘頻率。要改變DDS的輸出頻率,只要改變控制字K即可。每來一個時鐘脈沖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。這樣,相位累加器在時鐘的作用下,進(jìn)行相位累加。控制相位的加法器通過改變相位控制字P可以控制輸出信號的相位參數(shù)?？刂撇ㄐ蔚募臃ㄆ魍ㄟ^改變波形控制字W可以控制輸出信號的波形。波形存儲器用相位累加器輸出的數(shù)據(jù)作為波形存儲器的取樣地址,進(jìn)行波形的相位一幅值轉(zhuǎn)換,即可在給定的時間上確定輸出的波形的抽樣幅值?！?60176。相位—幅度變換原理圖如下圖所示：ROM（波形儲存器）相位量化序列地址波形幅度量化序列（數(shù)據(jù)）圖23 相位—幅度變換原理圖D/A轉(zhuǎn)換器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。需要注意的是,頻率合成器對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,合成的正弦波臺階數(shù)就越多,輸出的波形的精度也就越高。因此,為了取出主頻必須在D/A轉(zhuǎn)換器