【正文】 系統(tǒng)與 MCS－ 51 完全兼容；其中的C8051F020 單片機(jī)含有 64kB 片內(nèi) Flash 程序存儲(chǔ)器、 4352B（ 256B+4KB）的 RAM；8 個(gè) I／ O端口共 64 根 I／ O口線；一個(gè) 12 位 A／ D轉(zhuǎn)換器和一個(gè) 8位 A／ D 轉(zhuǎn)換器以及一個(gè)雙 12 位 D／ A轉(zhuǎn)換器； 2 個(gè)比較器、 5 個(gè) 16位通用定時(shí)器、 5 個(gè)捕捉／比較模塊的可編程計(jì)數(shù)／定時(shí)器陣列、看門狗定時(shí)器、 VDD 監(jiān)視器和溫度傳感器等部分； C8051F020 單片機(jī)支持雙時(shí)鐘，其工作電壓范圍為 ～ （端口I/O,RST 和 JTAG 引腳的耐壓為 5V）。從基本功能的改進(jìn)上與 89S52 系列基本上相同。 因此，對(duì)于本設(shè)計(jì)來(lái)說(shuō)是不想適應(yīng)的。 方案二： 采用 89C2051 開(kāi)發(fā)制造產(chǎn)品 ,因?yàn)?2051 看起來(lái)體積比較 小 ,功能也較全面 .但是 2051 不是標(biāo)準(zhǔn)的 51 內(nèi)核，所以 89C2051 的程序不能直接移植到 51上。對(duì)于短短幾天的比賽時(shí)間，用編程器對(duì)它進(jìn)行燒寫程序，是非常浪費(fèi)時(shí)間和精力的，如果將來(lái)要對(duì)產(chǎn)品進(jìn)行升級(jí)的話也是非常困難的。 3 方案論證：從題目要求來(lái)看，上述三種方案都可以滿足題目合成頻率范圍的要求，但信號(hào)發(fā)生器產(chǎn)生的頻率穩(wěn)定度、精確度都不如 DDS 合成的頻率；另一方面， DDS 比信號(hào)發(fā)生器更容易精確控制，所以我們選擇 DDS 方案進(jìn)行頻率合成。由于 DDS 具有相對(duì)帶寬很寬，頻率轉(zhuǎn)換時(shí)間極短 (可小于 20 微妙 )，頻率分辨率高，全數(shù)字化結(jié)構(gòu)便于集成以及輸出相位連續(xù)，頻率、相位和幅度均可實(shí)現(xiàn)程控，因此，可以完全滿足本題目的要求。 方案四：采用直接 數(shù)字合成（ Direct Digital Frequency Synthesizer,簡(jiǎn)稱 DDS 或 DDFS） 。雖然具有工作頻率高、寬帶、頻譜質(zhì)量好的優(yōu)點(diǎn)，但由于鎖相環(huán)本身是一個(gè)惰性環(huán)節(jié)，鎖定時(shí)間較長(zhǎng)，故頻率轉(zhuǎn)換時(shí)間較長(zhǎng)。由于采用大量的倍頻、分頻、混頻和濾波環(huán)節(jié)，導(dǎo)致直接頻率合成器的結(jié)構(gòu)復(fù)雜，體積龐大，成本高，而且容易產(chǎn)生過(guò)多的雜散分量，難以達(dá)到較高的頻譜純度。 方案二：采用傳統(tǒng)的直接頻率合成法直接合成。 MAX038 是美信公司的低失真單片信號(hào)發(fā) 生器集成電路，內(nèi)部電路完善。輸出的方波再經(jīng)過(guò)積分電路便得到三角波，經(jīng)實(shí)驗(yàn)觀察可以看到，輸出的波形正常，能達(dá)到 KHZ以上，輸出的波形失真率低。用 LCD和鍵盤作為良好的人機(jī)界面，用鍵盤輸入要顯 示的頻率， LCD顯示頻率的大小。其主要特性如下：內(nèi)置 400MSPS時(shí)鐘；內(nèi)含 l4位 DAC；相位、幅度可編程；有 32位頻率轉(zhuǎn)換字；可用串行 I／ 0控制；內(nèi)置超高速模擬比較器；可自動(dòng)線性和非線性掃頻；內(nèi)部集成有 1024 32位 RAM；采用 1． 8V電源供電；可 4～ 20倍頻；支持大多數(shù)數(shù)字輸入中的 5V輸入電平。當(dāng)然，作為通信系統(tǒng) 中必不可少的信號(hào)發(fā)生器也越來(lái)越多地容納了該技術(shù)，本文將要介紹的是基于ADI公司生產(chǎn)的 DDS芯片 AD9954的信號(hào)發(fā)生器的 設(shè)計(jì)方案。 AD9954 1 緒 論 直接數(shù)字頻率合成技術(shù) (direct digital synthesizer， DDS)是在 20世紀(jì) 7O年代提出的，利用數(shù)字可 控振蕩器技術(shù)，直接以數(shù)字信號(hào)控制產(chǎn)生高精度頻率信號(hào)，頻率分辨率可達(dá) LHz，與傳統(tǒng)的直接頻率合成 (Ds)、鎖相環(huán)間接頻率合成（ PLL ）， FNPLL合成和 PSG單環(huán)路合成相比，具有頻率切換時(shí)間極短、 頻率分辨率高、相位連續(xù)，相噪低，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、體積小、成本低等優(yōu)勢(shì)。 C8051F020。 通過(guò)鍵盤輸入、 LCD 顯示形成人機(jī)交互界面，實(shí)現(xiàn)對(duì)輸出信號(hào)的控制。 輸出的正弦波經(jīng)過(guò)比較電路來(lái)實(shí)現(xiàn)方波的輸出，而三角波則是在方波的基礎(chǔ)上通過(guò)接入積分電路來(lái)實(shí)現(xiàn)的。該系統(tǒng)主要由控制模塊、信號(hào)模塊、顯示模塊、鍵盤輸入模塊 構(gòu)成。I 目 錄 緒 論 ............................................................ 1 1 系統(tǒng)設(shè)計(jì) .......................................................... 1 方案論證 ...................................................... 2 信號(hào)模塊 ................................................. 2 控制模塊 ................................................. 3 顯示模塊 ................................................. 4 鍵盤輸入模塊 ............................................. 4 系統(tǒng)各模塊的最終方案 ..................................... 4 1． 2 理論分析與計(jì)算 .............................................. 5 頻率精 度計(jì)算 ............................................. 5 DDS 的理論分析 ............................................ 5 DDS 的參數(shù)計(jì)算 ............................................ 6 2 硬件系統(tǒng)設(shè)計(jì) ...................................................... 7 2． 1 硬件元器件的選用 ............................................ 7 C8051F020 控制芯片簡(jiǎn)介 .................................... 7 AD9954 簡(jiǎn)介 ............................................... 9 2． 2 單元硬件電路設(shè)計(jì) ........................................... 13 矩陣 (44) 鍵盤電路 ...................................... 13 電源電路 ................................................ 14 電壓調(diào)幅電路 ............................................ 14 方波電路 ................................................ 14 三角波電路 ............................................... 15 3 軟件系統(tǒng)設(shè)計(jì) ..................................................... 16 程序流程圖 .................................................. 16 4 系統(tǒng)測(cè)試 ......................................................... 19 仿真測(cè) 試 ..................................................... 19 指標(biāo)測(cè)試 ..................................................... 19 測(cè)試方法 ..................................................... 20 5 結(jié)束語(yǔ) ........................................................... 22 致謝 ............................................................... 23 參考文獻(xiàn) ........................................................... 24 附錄一 對(duì) AD9954 編程的主要源程序清單 ............................ 25 附錄二 LCD 顯示子程序 ............................................ 35 II 摘 要 ： 隨著數(shù)字集成電路、微電子技術(shù)和 EDA 技術(shù)的深入研究， DDS 技術(shù)以其有別于其它頻率合成技術(shù)的優(yōu)越性能和特點(diǎn)，成為現(xiàn)代頻率合成技術(shù)中的佼佼者。根據(jù)題目要求，我們以單片機(jī) C8051F020 芯片和 AD9954 芯片為核心，輔以必要的模擬電路，設(shè)計(jì)一臺(tái)信號(hào)發(fā)生器，使之能產(chǎn)生正弦波、方波和 三角波。僅用單片AD9954 就實(shí)現(xiàn)了直 接數(shù)字頻率合成技術(shù)（ DDS），產(chǎn)生穩(wěn)幅正弦波。 單片機(jī)對(duì)內(nèi)部寄存器控制， AD9954 就可以產(chǎn)生一個(gè)頻譜純凈、頻率和相位都可編程控制且穩(wěn)定性很好的模擬波形， 整個(gè)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)緊湊，電路簡(jiǎn)單，功能強(qiáng)大，可擴(kuò)展性強(qiáng)。 關(guān)鍵詞 ： 信號(hào)發(fā)生器； C8051F020；直接數(shù)字頻率合成器（ DDS）； AD9954 III Abstract： As digital integrated circuits, microelectronic technology and indepth study of EDA technology, its technology is different from other DDS frequency synthesizer technology and the superior performance characteristics of a modern frequency synthesis technology leader. Under the title, we C8051F020 microcontroller chip and AD9954 chip as the core, supplemented by the necessary circuit simulation, design a signal generator, so that it can produce sine, square and triangular wave. The system mainly by the control module, signal mod ules, modules, a keyboard input module. Just to achieve a singlechip AD9954 Direct Digital Synthesis (DDS), resulting in steady increase sine wave. The sine wave output circuit parison to the output of square, triangle and square wave is on the basis of the access points through the circuit to achieve. SCM internal control registers, the AD9954 can produce a spectrum of pure, programmable frequency and phase control and stability are good simulation waveforms, the whole system pact, simple circuit, powerful, scalable and strong. The keyboard input, a LCD display interactive interface, the output signal of the control. Keywords: signal generator。 Direct Digital Synthesis (DDS)。鑒于 DDS技術(shù)有如此優(yōu)越的條件，現(xiàn)在大多數(shù) 設(shè)備、系統(tǒng)都采用了這種技術(shù)。 AD9954是采用先進(jìn)的 DDS技術(shù)開(kāi)發(fā)的高集成度 DDS器件。 控制芯片選擇 C8051F020，通過(guò)對(duì) AD9954編程實(shí)現(xiàn)正弦波，該輸出的正弦波能達(dá)到 MHZ以上，輸出是波形失真率極低。將輸出的正弦波經(jīng)比較器電路來(lái)實(shí)現(xiàn)方波的輸出，經(jīng)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)輸出的方波能達(dá)到 100KHZ以上且輸出的波形失真率小，波形純真。 1 系統(tǒng)設(shè)計(jì) 2 方案論證 信號(hào)模塊 方案一：采用專用信號(hào)發(fā)生器。使用該芯片，設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單，可以生成同一頻率信號(hào)的各種波形信號(hào)，但 頻率精確度和穩(wěn)定度都 難以達(dá)到要求。利用混頻器、倍頻器、分頻器和帶通濾波器完成對(duì)頻率的算術(shù)運(yùn)算。 方案三：采用鎖相環(huán)間接頻率合成 (PPL)。另外，由模擬方法合成的正弦波的參數(shù) (如幅度、頻率和相位等 )都很難控制，不易實(shí)現(xiàn)。用隨機(jī)讀 /寫存儲(chǔ)器 RAM 存儲(chǔ)所需波形的量化數(shù)據(jù)，按照不同頻率要求，以頻率控制字 K