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基于ad9834的波形發(fā)生器設(shè)計(jì)-在線瀏覽

2024-08-01 15:18本頁(yè)面
  

【正文】 生器介于兩類(lèi)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 2021 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 2021 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(pán)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 7 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(mén)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(xiě)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 8 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(kāi)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(xiě) 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 13 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(xiě)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 14 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 15 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(xiě)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(kāi)。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 DGNDDD
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