【正文】 ) English abbreviations. Compared with the traditional frequency synthesizer, with low cost, DDS low power consumption, high resolution and fast converting speed time and so on, widely used in telemunications and electronic instruments field, is to realize equipment full digital a key technology. This design uses the single chip processor as the core, using a keyboard input signal parameters, control of DDS AD9850 module produce signals, the signal parameters in LCD1602 show that the plete sine signal and square wave signal output, the output with an oscilloscope validation. DDS is A full digital frequency synthesizer, by phase accumulators, waveform ROM, D/A converter and low pass filter position. The clock frequency after A given, the output depends on the frequency of the signal frequency control word, the frequency resolution depends on accumulators digits, phase resolution depends on the ROM address line digits, amplitude quantization noise depends on the ROM data A word length and D/A converter digits. And the frequency of the traditional method than the synthesis, DDS synthesis signal has a frequency switching frequency of short time, high resolution and continuous phase changes, and many other advantages. Using single chip microputer control of the flexible ability and high performance, high level of integration of the AD9850 bination, can overe the disadvantage of the traditional DDS design, to design the developed good performance of signal generator system. Key word: MCU。AD9850。信號源是各種各樣的，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微波頻段甚至更高，頻率范圍從零 Hz 到幾 GHz 頻率分辨率達到mHz 甚至更小，相應頻點數(shù)更多。同時，對頻率合成器能耗、體積大小、重量等也有更高的規(guī)格要求。當今高性能的信號源均通過頻率合成技術(shù)來實現(xiàn)。同時，隨著微電子技術(shù)的迅速發(fā)展，尤其是單片機技術(shù)的發(fā)展，智能儀器也有了新的進展，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)導致了頻率合成領(lǐng)域的一次重大革命。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到鎖相頻率合成器相當?shù)乃?。隨著電子技術(shù)的發(fā)展,對信號源頻率的穩(wěn)定度、準確度以及頻譜純度的要求越來越高?；?DDS 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。頻率控制寄存器可以串行或并行的方式裝載并寄存用戶輸入的頻率控制碼；而相位累加器根據(jù)頻率控制碼在每個時鐘周期內(nèi)進行相位累加，得到一個相位值；正弦計算器則對該相位值計算數(shù)字化正弦波幅度（芯片一般通過查表得到） 。 另外，有些 DDS 芯片還具有調(diào)幅、調(diào)頻和調(diào)相等調(diào)制功能及片內(nèi) D/A 變換器（如 AD7008） 。 在各行各業(yè)的測試應用中，信號源扮演著極為重要的作用。信號源中采用 DDS 技術(shù)在當前的測試測量行業(yè)已經(jīng)逐漸稱為一種主流的做法。限于當時的技術(shù)和器件產(chǎn)，它的性能指標尚不能與已有的技術(shù)相比，故沒受到重視。具體體現(xiàn)在相對帶寬、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，并具有極高的性唐　山　學　院　畢　業(yè)　設(shè)　計3價比。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) [1]。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 fc 的控制下以步長 K 作累加，輸出的 N 位二進制碼與相位控制字 P、波形控制字 W 相加后作為波形 ROM 的地址，對波形 ROM 進行尋址，波形 ROM 輸出 D 位的幅度碼 S(n)經(jīng) D/A 轉(zhuǎn)換器變成階梯波 S(t)，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。相位累加器跟蹤輸出函數(shù)的電流相位。例如，一個很慢的正弦波可能將有 1 度的 Δ 相位。經(jīng)過 360 次采樣后，將輸出正弦曲線的全部 360 度，或者確切地說是一個周期。于是，36 次采樣就會輸出正弦波的一個周期。 進一步說，一個恒定的 Δ 相位必將導致一個恒定正弦波頻率的輸出。函數(shù)發(fā)生器能夠指定一個頻率表，該表包括由波形頻率和持續(xù)時間信息組成的各個段。通過生成一個頻率表，可以構(gòu)建復雜的頻率掃描信號和頻率跳變信號。 矢量信號發(fā)生器提供高靈活度和強大的解決方案，可用于科學研究，通信，消費電子，宇航/國防，半導體測試以及一些新興領(lǐng)域，如軟件無線電，無線電頻率識別( RFID)，以及無線傳感網(wǎng)絡(luò)等 [2]。模擬輸出板的基本架構(gòu)是，將一個小型的 FIFO 存儲器連接到一個 DAC 上。 頻率預置與調(diào)節(jié)電路K 被稱為頻率控制字，也叫相位增量。當 K=1 時，DDS 輸出最低頻率（也即頻率分辨率） ，為fc/2n,而 DDS 的最大輸出頻率由 Nyquist 采樣定理決定，即 fc/2，也就是說 K 的最大值為 2n 1。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，進行相位累加。 控制相位的加法器此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)。 控制波形的加法器次加法器通過改變波形控制字 W 可以控制輸出信號的波形。唐　山　學　院　畢　業(yè)　設(shè)　計5 波形存儲器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。～360176。相位—幅度變換原理圖如下圖所示： 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 S(t)臺階數(shù)就越多，輸出的波形的精度也就越高。fo 處的非諧波分量，幅值包絡(luò)為辛格函數(shù)。 DDS 數(shù)學原理設(shè)有一頻率為 的余弦信號 ：f)(tS （21）)2cos()(tSt??現(xiàn)在以采樣頻率 對 進行采樣，得到的離散序列為：cf)(t （22）s)(nT?2,10?n其中 為采樣周期。cf根據(jù)上述原理可以構(gòu)造一個不變量 為量化相位增量的量化序列：K （27）n?)(? ?2,10?n 然后完成從 到另一個序列 的映射，由 構(gòu)造序列：)(nS)(? （28）)cos(2cs)(2cos)( cfTKM??公式（28 ）是連續(xù)信號 經(jīng)采樣頻率為 采樣后的離散時間序列，根據(jù)采樣定tcf理，當 時， 經(jīng)過低通濾波器平滑后，可唯一恢復出 。由奈奎斯特準則可知，允許輸出的最高頻率 ，即 ，但實際2maxcoff?1??NK上在應用中受到低通濾波器的限制，通常 。唐　山　學　院　畢　業(yè)　設(shè)　計83 總體設(shè)計方案 系統(tǒng)設(shè)計原理單片機 STC89C52 是整個系統(tǒng)關(guān)鍵部分，通過對鍵盤進行掃描讀入信號控制信息，經(jīng)轉(zhuǎn)換后輸出到 DDS 芯片模塊。本系統(tǒng)主要由單片機、DDS 直接頻率信號合成器、 AD 轉(zhuǎn)換模塊、數(shù)字衰減電路、由 AD9850 模塊輸出波形。 總體設(shè)計框圖本設(shè)計采用單片機為核心處理器，利用鍵盤輸入信號的參數(shù)，控制 DDS 的AD9850 模塊產(chǎn)生信號，信號的參數(shù)在 LCD1602 上顯示，完成正弦信號和方波信號的輸出，用示波器輸出驗證。圖 31 系統(tǒng)框圖由系統(tǒng)框圖可知，鍵盤控制頻率的輸入，鍵盤輸入的數(shù)據(jù)通過單片機的控制，在 LCD 上顯示其頻率、波形類型和幅度大小，控制 AD9850 輸出波形，通過電位器調(diào)節(jié)信號的幅度和方波的占空比。它是系統(tǒng)的大腦。 STC89C52 主要性能單片機 STC89C52 的主要性能分別為：與 MCS51 單片機產(chǎn)品兼容；8K 字節(jié)在系統(tǒng)可編程 Flash 存儲器；1000 次擦寫周期；全靜態(tài)操作：0Hz～33Hz、三級加密程序存儲器、 32 個可編程 I/O 口線、三個 16 位定時器/ 計數(shù)器、八個中斷源、全雙工 UART 串行通道、低功耗空閑和掉電模式、掉電后中斷可喚醒、看門狗定時器、雙數(shù)據(jù)指針、掉電標識符。使用宏晶公司高密度非易失性存儲器技術(shù)制造，與工業(yè) 80C51 產(chǎn)品指令和引腳完全兼容。在單芯片上，擁有靈巧的 8 位 CPU 和在系統(tǒng)可編程 Flash，使得STC89C52 為眾多嵌入式控制應用系統(tǒng)提供高靈活、有效的解決方案[2]。另外，STC89C52 可降至 0Hz 靜態(tài)邏輯操作，支持 2 種軟件可選擇節(jié)電模式。掉電保護方式下，RAM 內(nèi)容被保存，振蕩器被凍結(jié)，單片機一切工作停止，直到下個中斷或硬件復位為止 [4]。作為輸出口，每位能驅(qū)動 8個 TTL 邏輯電平。當訪問外部程序和數(shù)據(jù)存儲器時，P0 口也被作為低 8 位地址/數(shù)據(jù)復用。在 flash 編程時， P0 口也用來接收指令字節(jié)；在程序校驗時，輸出指令字節(jié)。P1 口：P1 口是一個具有內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向 I/O 口，P1 輸出緩沖器能驅(qū)動 4 個 TTL 邏輯電平。作為輸入使用時，被外部拉低的引腳由于內(nèi)部電阻的原因，將輸出電流。 P2 口：P2 口是一個具有內(nèi)部上拉電阻的 8 位雙向I/O 口， P2 輸出緩沖器。對 P2 端口寫“1”時，內(nèi)部上拉電阻把端口拉高，此時可以作為輸入口使用。在訪問外部程序存儲器或用 16 位地址讀取外部數(shù)據(jù)存儲器（例如執(zhí)行 MOVX DPTR）時，P2 口送出高八位地址。在使用 8 位地址（如 MOVX RI）訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，P2 口輸出 P2 鎖存器的內(nèi)容。隨著計算機技術(shù)的高速發(fā)展，單片機以其自身的特點，已廣泛應用于智能儀器、工業(yè)控制、家用電器、電子玩具等各個領(lǐng)域。內(nèi)部方式時，時鐘發(fā)生器對振蕩脈沖二分頻，如晶振為 ，時鐘頻率就約為 6MHz。電容取 30PF 左右。這個放大器與作為反饋元件的片外石英晶體或者陶瓷諧振器一起構(gòu)成自激振蕩器。對外接電容 CC2 雖然沒有十分嚴格的要求，但電容容量的大小會輕微影響振蕩頻率的高低、振蕩器工作的穩(wěn)定性、起振的難易程序及溫度穩(wěn)定性，這里采用電容 60pF，晶振采用 。上電復位電容充電來實現(xiàn)。按鍵電平復位電路是在普通 RC 復位電路的基礎(chǔ)上接一個有下拉電阻 10K、上拉電容 10μf 接 VCC,電源由開關(guān)經(jīng)串接的 1K 限流電阻至復位腳（和上拉電容并聯(lián)） ，上拉電容支路負責在“上電”瞬間實施復位；開關(guān)通過 1K 上拉電阻和 10K 下拉電阻分壓器，保證對單片機實施按鍵電平復位。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(shù)的典型產(chǎn)品之一。AD9850 的引腳排列如圖 所示,圖 為其組成框圖。圖 44 AD9850 管腳排列圖唐　山　學　院　畢　業(yè)　設(shè)　計13圖 45 AD9850 組成框圖AD9850 內(nèi)含可編程 DDS 系統(tǒng)和高速比較器,能實現(xiàn)全數(shù)字編程控制的頻率合成。每來一個外部參考時鐘,相位寄存器便以步長 M 遞加。正弦查詢表包含一個正弦波周期的數(shù)字幅度信息,每一個地