【正文】 弦波，而波形發(fā)生器介于兩類之間，能夠提供正弦波、方波、三角波 等幾種常用標(biāo)準(zhǔn)波形， 如果 產(chǎn)生其它波形時(shí)， 則 需要采用較復(fù)雜的電路和機(jī)電結(jié)合的方法。同時(shí)，主要體現(xiàn)在 兩個(gè) 較為 突出 的 問(wèn)題 上，一是通過(guò)電位器的 調(diào)節(jié)來(lái)實(shí)現(xiàn)輸出頻率的調(diào)節(jié)，因此很難將頻率調(diào)到某一 個(gè) 固定值；二是脈沖的占空比不可調(diào)節(jié)。這 個(gè)時(shí)期的波形發(fā)生器大多數(shù) 以軟件為主， 它的 實(shí)質(zhì) 就 是采用微處理器對(duì) DAC 的程序 控制，就能夠 得到各種簡(jiǎn)單的波形。 實(shí)際上 HP8770A 也僅可以 產(chǎn)生 8 種 波形，而且價(jià)格 十分 昂貴。 到了二十一世紀(jì)，隨著集成電路技術(shù)的高速發(fā)展，出現(xiàn)了 很多種工作頻率可以超過(guò) GHz 的 DDS 芯片，同時(shí)也推動(dòng)了函數(shù)波形發(fā)生器的發(fā)展， 在 2020 年， Agilent 的產(chǎn)品 33220A 就 能夠產(chǎn)生 17 種波形，最高頻率可達(dá)到 20M， 在 2020 年 ， 產(chǎn)品 N6030A 已 經(jīng)能夠產(chǎn)生高達(dá) 500MHz 的頻率，采樣的頻率可 以 達(dá) 到 。 圖 21系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖 本系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖 21 所示，本設(shè)計(jì)可分為以下模塊：?jiǎn)纹瑱C(jī)主控模塊、鍵盤模塊、 DDS模塊、 液晶 模塊、增益可控模塊。 第 單片機(jī)主控模塊 STC89C52 是一種帶 8K 字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲(chǔ)器 （ FPEROMFlash Programmable and Erasable Read Only Memory ） 的低電壓，高性能 CMOS 8 位微處理器，俗稱單片機(jī)。 STC89C52 有 40 個(gè)引腳， 4 個(gè) 8 位并行 I/O 口， 1 個(gè)全雙工異步串行口，同時(shí)內(nèi)含 5個(gè)中斷源， 2 個(gè)優(yōu)先級(jí)， 2 個(gè) 16 位定時(shí) /計(jì)數(shù)器。 它的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖 22 所示： 圖 22 單片機(jī)內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖 蘇州大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 6 頁(yè) STC89C52 具有以下標(biāo)準(zhǔn)功能： 8k字節(jié) Flash， 512 字節(jié) RAM， 32 位 I/O 口線，看門狗定時(shí)器，內(nèi)置 4KB EEPROM， MAX810 復(fù)位電路，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。 在 空閑模式下， CPU 停止工作，允許 RAM、串口、定時(shí)器 /計(jì) 數(shù)器、中斷繼續(xù)工作 。 片內(nèi)程序存儲(chǔ)器 ROM(4KB)，用以存放 一些原始數(shù)據(jù) 、程序 和表格。 片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器 RAM(128B)，用以存放可以讀／寫的數(shù)據(jù)，如運(yùn)算的中間結(jié)果、最終結(jié)果以及 顯示的數(shù)據(jù)等， SST89 系列單片機(jī)最多提供 1K 的 RAM。 SST 公司推出的 89 系列單片機(jī)分別集成了 16K、 32K、 64K Flash 存儲(chǔ)器，可供用戶根據(jù)需要選用。為方便設(shè)計(jì)串行通信，目前的 52 系列單片機(jī)都會(huì)提供 3 個(gè) 16 位定時(shí)器 /計(jì)數(shù)器。 一個(gè)全雙工 UART(通用異步接收發(fā)送器 )的串行 I／ O 口，用于實(shí)現(xiàn)單片機(jī)之間或單 機(jī)與微機(jī)之間的串行通信。最高允許振蕩頻率為 12MHz。 五個(gè)中斷源的中斷控制系統(tǒng)。 . STC89C52 的引腳圖如圖 23 所示： 蘇州大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 7 頁(yè) 圖 23 STC89C52的引腳圖 STC89C52 部分引腳說(shuō)明： 時(shí)鐘電路引腳 XTAL1 和 XTAL2： XTAL1(19 腳 )：接外部晶體和微調(diào)電容的 另一端；在片內(nèi)它是振蕩電路反相放大器的輸入端。 XTAL2(18 腳 )：接外部晶體和微調(diào)電容的一端；在 8051 片內(nèi)它是振蕩電路反相放大器的輸出端，振蕩電路的頻率就是晶體固有頻率。 要檢查 8051/8031 的振蕩電路是否正常工作，可用示波器查看 XTAL2 端是否有脈沖信號(hào)輸出。當(dāng)此輸入 保持備用電源的輸入端。 RST 引腳的第二功能是 VPD,即接入 RST 端，為 RAM 提供備用電源，以保證存儲(chǔ)在 RAM 中的信息不丟失，從而合復(fù)位后能繼續(xù)正常運(yùn)行。在訪問(wèn)片外程序存儲(chǔ)器時(shí)，此端定時(shí)輸出負(fù)脈沖作為 讀片外存儲(chǔ)器的選通信號(hào)。 PSEN 端有效，即允許讀出 EPROM／ ROM 中的指令碼。要檢查一個(gè) 8051/8031 小系統(tǒng)上電后 CPU 能否正常到 EPROM／ ROM 中讀取指令碼，也可用示波器看 PSEN 端有無(wú)脈沖輸出。 ALE/PROG(30 腳 )：地址鎖存允許信號(hào)端。 CPU 訪問(wèn)片外存儲(chǔ)器時(shí)， ALE 輸出信號(hào)作為鎖存低 8 位地址的控制信號(hào)。如 果想確定 8051/8031 芯片的好壞，可用示波器查看 ALE 端是否有脈沖信號(hào)輸出。 ALE 端的負(fù)載驅(qū)動(dòng)能力為 8 個(gè) LS 型 TTL(低功耗甚高速 TTL)負(fù)載。 EA/VPP(31 腳 )：外部程序存儲(chǔ)器地址允許輸入端 /固化編程電壓輸入端。當(dāng)輸入信號(hào) EA 引腳接低電平 (接地 )時(shí)， CPU 只訪問(wèn)外部 EPROM/ROM 并執(zhí)行外部程序存儲(chǔ)器中的指令，而不管是否有片內(nèi)程序存儲(chǔ)器。此引腳的第二功能是 VPP 是對(duì) 8751 片內(nèi)EPROM 固化編程時(shí)，作為施加較高編程電壓 (一般 12V～ 21V)的輸入端。作為漏極開路的輸出端口，每位能驅(qū)動(dòng) 8 個(gè) LS 型 TTL 負(fù)載。作輸入口使用時(shí)要先寫 1,這就是準(zhǔn)雙向口的含義。在此期間， P0 口內(nèi)部上拉電阻有效。 P1 口每位能驅(qū)動(dòng) 4 個(gè) LS 型 TTL 負(fù)載。 P2 口 (～ ， 21~28 腳 )： P2 口是一個(gè)帶內(nèi)部上拉電阻的 8 位準(zhǔn)雙向 I/O 口。在訪問(wèn)片外 EPROM/RAM 時(shí)，它輸出高 8 位地址。 P3口每位能驅(qū)動(dòng) 4 個(gè) LS 型 TTL負(fù)載。由片內(nèi)特殊功能寄存器中的中斷允許寄存器 IE 控制 CPU 是否響應(yīng)中 斷請(qǐng)求；由中斷優(yōu)先級(jí)寄存器 IP 安排各中斷源的優(yōu)先級(jí)；同一優(yōu)先級(jí)內(nèi)各中斷同時(shí)提出中斷請(qǐng)求時(shí)，由內(nèi)部的查詢邏輯確定其響應(yīng)次序。 89C52 單片機(jī)內(nèi)集成有兩個(gè)可編程的定時(shí) /計(jì)數(shù)器： T0 和T1，它們既可以工作于定時(shí)模式，也可以工作于外部事件計(jì)數(shù)模式，此外， T1 還可以作為串行口的波特率發(fā)生器。和 CRT 顯示器相比， LCD 的優(yōu)點(diǎn)是很明顯的。 顯示接口用來(lái)顯示系統(tǒng)的狀態(tài)，命令或采集的電壓數(shù)據(jù)。 LCD1602 液晶模塊采用 HD44780 控制器， HD44780 具有簡(jiǎn)單而功能較強(qiáng)的指令集，可以實(shí)現(xiàn)字符移動(dòng)，閃爍等功能， LM016L 與單片機(jī) MCU 通訊可采用 8 位或 4 位并行傳輸兩種方式， HD44780 控制器由兩個(gè) 8 位寄存器，指令寄存器（ IR）和數(shù)據(jù)寄存器（ DR）忙標(biāo)志（ BF），顯示數(shù) RAM（ DDRAM），字符發(fā)生器 ROM（ CGOROM）字符發(fā)生器 RAM（ CGRAM），地址計(jì)數(shù)器 RAM(AC)。 VDD（ 2 腳）：接電源。 RS（ 4 腳）： RS 為寄存器選擇，高電平 1 時(shí)選擇數(shù)據(jù)寄存器、低電平 0 時(shí)選擇指令寄存器。 E（ 6 腳）： E(或 EN)端為使能 (enable)端，下降沿使能。它的基本原理就是利用采 樣原理，通過(guò)查表法產(chǎn)生波形。但是由于 DDS 數(shù)字化實(shí)現(xiàn)的固有特點(diǎn)，決定了其輸出頻譜雜散較大。 DDS 技術(shù)建立在采樣定理的基礎(chǔ)上，它首先對(duì)需要產(chǎn)生的信號(hào)波形進(jìn)行采樣和量化，然后存入存儲(chǔ)器作為待產(chǎn)生信號(hào)波形的數(shù)據(jù)表。具體原理框圖如圖 25 所示。加法器將頻率控制字與累加寄存器輸出的累加相位數(shù)據(jù)相加，把相加后的結(jié)果送至累加寄存器的數(shù)據(jù)輸入端。由此可以看出，相位累加器輸出的數(shù)據(jù)就是合成信號(hào)的相位，相位累加器的溢出頻率就是 DDS 輸出的信號(hào)頻率。在參考頻率為 ?s 的情況下， DDS 系統(tǒng)輸出信號(hào)的頻率 ?0 為： NfsKfo 2? （ 21） 輸出信號(hào)的頻率分辨率 Δ ?0 為： Nfsfo 2?? （ 22） 蘇州大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 12 頁(yè) 圖 25 DDS技術(shù)的原理框圖 . AD9834 的簡(jiǎn)介 AD9834 是一款能產(chǎn)生高質(zhì)量正弦波和三角波的低功耗 DDS 芯片。 AD9834 在 3v 時(shí)只有 20mW 的功耗，對(duì)功耗要求高的來(lái)說(shuō)是一個(gè)較好的選擇。有 28 位 的頻率寄存器； 75Mhz 的時(shí)鐘頻率，分辨率為 ， 1MHz 時(shí)為 。 AD9834 用三個(gè)串口寫入數(shù)據(jù)。其引腳圖 26 如下： 圖 26 AD9834引腳圖 AD9834 各 個(gè) 引腳定義及功能說(shuō)明： FS ADJUST（ 1 腳）： 全面調(diào)控。這決定了整個(gè) DA轉(zhuǎn)換的電流的幅度。芯片內(nèi)已有一個(gè) 的電壓參考值 COMP（ 3 腳） ： DA 轉(zhuǎn)換偏壓。范圍 ~，在 AVDD 和 AGND 之間應(yīng)加一個(gè) 的去耦電容 。 蘇州大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 13 頁(yè) CAP/（ 6 腳）：數(shù)字電路運(yùn)行在 下。這個(gè)調(diào)節(jié)器需要一個(gè) 100nF 的去耦電容，接在此腳和 DGND 間，如果 DVDD=，那么此 引 腳應(yīng)與 DVDD 短接。 MCLK（ 8 腳）：數(shù)字時(shí)鐘輸入端。此輸出地頻率精確度和相位噪聲由這個(gè)時(shí)鐘決定 。 FSELECT 控制頻率寄存器， FREQ0、 FREQ1，這用在相位累加器。當(dāng) FSEL 位選擇頻率寄存器時(shí)，則 FSELECT 接于 COMS 的高或低 。 RESET（ 11 腳）：激活高數(shù)字輸入端。 RESET 不會(huì)影響地址存儲(chǔ)器。此 引 腳一樣有控制 SLEEP12 位的功能。 16 位數(shù)據(jù)由此輸入 。 SCLK 的每個(gè)下降沿就將 一位輸入 AD9834。此為輸入數(shù)據(jù)的幀同步信號(hào)。 SIGN BIT OUT（ 16 腳）： 邏輯輸出。 VIN（ 17 腳）：比較器輸入端。在接入比較器之前 DA 的輸出應(yīng)適當(dāng)濾波以減小抖動(dòng)。 IOUT（ 19 腳）， IOUTB（ 20 腳）： 電流輸出。像 200Ω電阻接于 IOUT 和 AGND 之間。 蘇州大學(xué)本科生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 14 頁(yè) 第 3章 硬件電路的設(shè)計(jì) 硬件電路主要包括單片機(jī)主控電路 ，液晶顯示 電路， AD9834 電路，按鍵電路，增益可控電路。其中 E 是下降沿觸發(fā)的片選信號(hào)， R/W 是讀寫信號(hào)， RS 是寄存器選擇信號(hào)本模塊設(shè)計(jì)要點(diǎn)如下：顯示模塊初始化：首先清屏，再設(shè)置接口數(shù)據(jù)位為 8 位，顯示行數(shù)為 1 行，字型為 5 7 點(diǎn)陣，然后設(shè)置為整體顯示，取消光標(biāo)和字體閃爍 ,最后設(shè)置為正向增量方式且不移位。 LCD1602 與 STC89C52 的接口 電路圖如下圖 31 所示： 12345678RESET91011121314151617XTAL218XTAL119VSS202122232425262728PSEN29ALE30EA313233343536373839VCC40U689s52VCCVCC12Y1XTAL30pFC530pFC610uFC41KR7VCCS1SWPB123456789P21K 排阻VCCVSS1VCC2VEE3RS4RW5EN6DB07DB18DB29DB310DB411DB512DB613DB714A15K16LCD1lcd1602VCCVCC10KR6VCC 圖 31 LCD1602與 STC89C52的接口 電路圖 第 AD9834 電路 AD9834 電路設(shè) 計(jì)的時(shí)候要注意好，以便模擬和數(shù)字部分能分離固定在板子的確定部分， 這可以使接地面便利的分離開。數(shù)字信 號(hào)和模擬信號(hào)的地只需接在一個(gè)地方。 AD9834 電路設(shè)計(jì)圖如圖 32 所示： NC1GND2OUT3VCC4U375MHZDGNDC14DGND100pFC13DGNDDGNDC11FS ADJ1REFOUT2COMP3AVDD4DVDD5CAP/6DGND7MCLK8FSELECT9PSELECT10RESET11SLEEP12SDATA13SCLK14FSYNC15SIGN BIT OUT16VIN17AGND18IOUT19IOUTB20U1 AD983410uFC10DGNDDVDDDVDDC6DGNDAVDDC7AVDDAGNDAGNDAGNDAGNDDVDDDGND DGND