【正文】 …16 波形發(fā)生器的C程序………………………………………………………………213 調(diào)試方法………………………………………………………………………26 硬件電路的調(diào)試……………………………………………………………………26 軟件調(diào)試……………………………………………………………………………26結(jié)論 …………………………………………………………………………………27致謝 …………………………………………………………………………………29參考文獻(xiàn)……………………………………………………………………………30附錄……………………………………………………………………31淮海工學(xué)院二〇一〇屆本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 第 40 頁(yè) 共 37頁(yè) 1 緒論 DDS波形發(fā)生器的背景和研究意義現(xiàn)代電子測(cè)量對(duì)信號(hào)源頻率的準(zhǔn)確度、穩(wěn)定度要求越來(lái)越高。穩(wěn)定度在很大程度上是由主振器輸出信號(hào)頻率的穩(wěn)定度所決定的。頻率合成技術(shù)始于上世紀(jì)30年代，隨著電子技術(shù)的飛速發(fā)展，頻率合成技術(shù)的發(fā)展大致可分為直接模擬頻率合成技術(shù)、鎖相頻率合成技術(shù)、直接數(shù)字頻率合成技術(shù)三個(gè)階段。第二，頻率精度高：目前常見的DDS芯片的頻率分辨率在 。尤其對(duì)于那些需要特別低的頻率（比如：），用通常的方法是很難實(shí)現(xiàn)，而采用DDS技術(shù)，可以非常容易的實(shí)現(xiàn)，而且精度、穩(wěn)定度非常高，體積也很小。第四，無(wú)過(guò)渡過(guò)程：頻率轉(zhuǎn)換時(shí)沒(méi)有過(guò)渡過(guò)程，信號(hào)相位和幅度真正連續(xù)無(wú)畸變，最適合于動(dòng)態(tài)特性的測(cè)試。而且性能完全可以達(dá)到高檔進(jìn)口信號(hào)發(fā)生器所具有的性能，而價(jià)格大大地降低了[8]。作為當(dāng)代最新的一類信號(hào)源，引起了世界各國(guó)的廣泛關(guān)注，紛紛投入人力物力進(jìn)行研究制作。虛擬儀器開發(fā)程序語(yǔ)言、匯編語(yǔ)言、第三，大量使用各種高速器件提高時(shí)鐘頻率，使波形發(fā)生器輸出頻率不斷提高，能應(yīng)用于越來(lái)越廣泛的領(lǐng)域。目前我國(guó)已開始研制波形發(fā)生器，并取得了可喜的成果。就目前國(guó)內(nèi)的成熟產(chǎn)品來(lái)看，多為一些PC儀器插卡，獨(dú)立儀器和VXI系統(tǒng)的模塊很少，并且目前我國(guó)波形發(fā)生器的種類和性能都與國(guó)外同類產(chǎn)品存在較大差距，因此加緊對(duì)這類產(chǎn)品的研制極為緊迫。本論文所做的工作是“基于51單片機(jī)的DDS波形發(fā)生器”研究項(xiàng)目，研究的主要內(nèi)容如下：第一，研究DDS波形發(fā)生器的主要應(yīng)用原理與特點(diǎn)。第三，將AD9835與51單片機(jī)結(jié)合來(lái)實(shí)現(xiàn)波形發(fā)生器的輸出。2 系統(tǒng)設(shè)計(jì) DDS原理與特點(diǎn)DDS的基本結(jié)構(gòu)如圖1所示。DDS使用相位累加技術(shù)控制波形存儲(chǔ)器的地址，在每個(gè)基準(zhǔn)時(shí)鐘周期中，都將一個(gè)相位增量加到相位累加器的當(dāng)前結(jié)果上。根據(jù)相位累加器輸出的地址，油波形存儲(chǔ)器取出波形量化數(shù)據(jù)，經(jīng)過(guò)數(shù)\模轉(zhuǎn)換器轉(zhuǎn)換成模擬電流，再經(jīng)過(guò)運(yùn)算放大器轉(zhuǎn)換成模擬電壓。圖1 DDS基本結(jié)構(gòu)框圖DDS芯片通常帶有一個(gè)幅度調(diào)節(jié)器，可通過(guò)微處理器將幅度設(shè)定值送到DDS芯片的相關(guān)寄存器中，以產(chǎn)生一個(gè)適合的信號(hào)幅度。采用直接數(shù)字合成技術(shù)DDS設(shè)計(jì)的信號(hào)發(fā)生器與信號(hào)源相比具有以下獨(dú)特優(yōu)點(diǎn)：第一，頻率穩(wěn)定度高 頻率穩(wěn)定度取決于所使用的參考頻率源晶體振蕩器的穩(wěn)定度。第二，頻率精度高 常見的DDS芯片的頻率分辨率為，使用于高精度的計(jì)量和測(cè)試，尤其對(duì)于那些需要特別低頻率（）的場(chǎng)合，采用通常的方法很難實(shí)現(xiàn)；而采用DDS技術(shù)，可以非常容易實(shí)現(xiàn)，而且精度和穩(wěn)定度非常高，體積也很小。第四，無(wú)過(guò)渡過(guò)程 頻率轉(zhuǎn)換時(shí)沒(méi)有過(guò)渡過(guò)程，信號(hào)相位和幅度真正連續(xù)無(wú)畸變，最適合動(dòng)態(tài)特性的測(cè)試。而且性能完全可以達(dá)到高檔進(jìn)口信號(hào)發(fā)生器所具有的性能，還可以具有較低的價(jià)格。當(dāng)不使用芯片時(shí)，只須用powerdown位就可控制芯片進(jìn)入休眠模式。其主要性能指標(biāo)是：第一，單5V供電。第三，含有片上10位D/A轉(zhuǎn)換器。第五，具有串口數(shù)據(jù)載入功能。圖2 AD9835的內(nèi)部框圖AD9835主要由數(shù)控振蕩器（NCO）和相位調(diào)制器、余弦查詢表和一個(gè)10位的D/A轉(zhuǎn)換器組成。AD9835包括一個(gè)32位累加器、兩個(gè)32位頻率寄存器（F0和F1）和四個(gè)12位相位寄存器（P0,P1,P2,P3）。尋址余弦ROMN表。 AD9835采用16引腳TSSOP封裝，體積很小。表1 AD9835的引腳功能引腳名稱功能引腳名稱功能1FS ADJUST滿度電流調(diào)節(jié)9FSYNC數(shù)據(jù)同步信號(hào)2REFIN參考電壓輸入10FSELECT頻率輸入選擇3REDOUT內(nèi)部參考電壓輸出11PSEL0相位輸入選擇04DVDD數(shù)字部分電源正12PSEL1相位輸入選擇15DGND數(shù)字電源地13AGND模擬電源地6MCLK數(shù)字時(shí)鐘輸入14IOUT電流輸出7SCLK串口時(shí)鐘輸入15AVDD模擬部分電源正8SDATA串行數(shù)據(jù)輸入16COMP參考放大器補(bǔ)償AD9835的引腳按功能可分為以下三類。在該引腳和模擬地AGND之間要接入一只電阻Rest ，該電阻決定DAC電流的滿度值，計(jì)算公式是(1)其中，由此可求得電阻的典型值為。 引腳2位參考電壓輸入端。內(nèi)部參考電壓由引腳3REFOUT輸出接到此引腳。將它連接到引腳2可為芯片內(nèi)的DAC提供參考電壓。 引腳14為電流輸出端。 引腳16為內(nèi)部參考放大補(bǔ)償器。引腳14為電流輸出端。引腳16為內(nèi)部參考放大器補(bǔ)償端。(2)電源引腳4和引腳5分別為數(shù)組部分電源的正、負(fù)端，供電電壓為+5（1%）V。(3)數(shù)字接口與控制引腳6為數(shù)字時(shí)鐘輸入。引腳7為串行時(shí)鐘輸入。引腳8為串行數(shù)據(jù)輸入。引腳9為同步信號(hào)。引腳10為數(shù)據(jù)輸入選擇。引腳11和引腳12為相位輸入選擇。這兩個(gè)引腳用于選擇這些相位寄存器中的一個(gè)；使用控制字中的位PSEL0和PSEL1也可以進(jìn)行選擇，但此時(shí)這兩個(gè)引腳應(yīng)接數(shù)字電源地DGND。引腳FSYNC，SCLK和SDATA用來(lái)對(duì)DDS進(jìn)行程控工作模式設(shè)定。、控制字和編程(1)內(nèi)部寄存器 AD9835內(nèi)部有一個(gè)32相位累加器，兩個(gè)32位頻率寄存器（F0和F1），四個(gè)12位相位寄存器（P0,P1,P2,P3）。尋址得到的幅值通過(guò)10位高速D/A轉(zhuǎn)換后，合成相應(yīng)的余弦信號(hào)。引腳PSEL0和PSEL1的值決定選用4個(gè)12位相位寄存器中的哪一個(gè)?？筛鶕?jù)需要使用單片機(jī)通過(guò)AD9835的控制接口給AD9835輸入相應(yīng)的數(shù)據(jù)，32位的頻率值被加載到AD9835的兩個(gè)頻率寄存器中，12位的相位值被加載到12位的相位寄存器中。12位相位寄存器的值被分為兩段，如表4所列，每列也有一個(gè)地址與它對(duì)應(yīng)。使用單片機(jī)將它們通過(guò)串行數(shù)據(jù)線送入AD9835。這兩種控制字都是16位的。當(dāng)D14`位取不同值時(shí)，該控制字有兩種不同的模式和含義：第一，當(dāng)D14=0時(shí)，稱為a模式，其格式如表6所列。第二，當(dāng)D14=1時(shí)，稱為b模式，其格式如表7所列。在這兩種模式下，初始化控制字各位的含義不同，具體含義如表8所列。該同步的反應(yīng)時(shí)間增加到兩個(gè)MCLK時(shí)鐘周期。D11是頻率選擇位FSELECT，D10和D9是相位選擇位PSEL1和PSEL0。D12是復(fù)位位RESET：當(dāng)RESET=1時(shí)，相位累加器被置于0相位，對(duì)應(yīng)一個(gè)滿度的模擬輸出。該控制字由4位命令C3~C0、4位地址A3~A0和8位數(shù)據(jù)D7~D0三部分組成。4位命令C3~C0主要用于設(shè)定頻率和相位寄存器的選擇及數(shù)據(jù)寫入，其值及其對(duì)應(yīng)的功能如表10所列。初始化控制字用于設(shè)置AD9835的電源模式、復(fù)位和清零等，AD9835將保持設(shè)定狀態(tài)不變，知道重新設(shè)置。在下面的例程中，子程序AD9835_init（void）中的前兩條語(yǔ)句就是給AD9835寫入表7的初始化控制字，對(duì)AD9835復(fù)位清零，控制字的值為F800H。每個(gè)控制字由4位地址和8位頻率值三部分組成，頻率值只有8位，對(duì)于32位的頻率值來(lái)說(shuō)，需要寫四次才能完成。AD9835的輸出頻率可由下列公式計(jì)算：（2）式中是相位增量；fclk是基準(zhǔn)時(shí)鐘頻率，這里為50MHZ，當(dāng)基準(zhǔn)時(shí)鐘頻率一定時(shí)，AD9835可輸出的最低信號(hào)頻率為 （3）將帶入公式3，可求得。 當(dāng)需要AD9835輸出某一頻率為的信號(hào)時(shí)，有公式2公式3公式4可求出相應(yīng)得相位增量為 （5）實(shí)際上，相位增量就是決定AD9835輸出頻率的數(shù)據(jù)控制字中的頻率數(shù)據(jù)，將它寫入AD9835的頻率寄存器中，就能使AD9835輸出需要的信號(hào)頻率。子程序AD9835_init(void)中最后三條語(yǔ)句是用表7的初始化控制字讓AD9835進(jìn)入正常電源工作模式，控制字的值為C000H，其中D15=D14=1,SLEEP=RESET=CLR=0。下面是有關(guān)AD9835初始化編程的四個(gè)子程序。 For(n=0。n++){ If(((an) amp。} Else{DAT=1。 _nop_()。 CLK=1。 AD9835_byte(*p)。 AD9835_byte(*p)。}//Void AD9835_init(void){ Uchar dds[2]={0xF8,0x00}。 dds[0]=0x33。 AD9835_word(dds)。 dds[1]=F_word[1]。 dds[0]=0x31。 AD9835_word(dds)。 dds[1]=F_word[3]。 dds[0]=0xC0。 AD9835_word(dds)。 float x。 z=x。 F_word[2]=(char)(z8)。 F_word[0]=(char)(z24)。為了使大家盡快學(xué)會(huì)使用，這里只介紹最基本的用法。途中電源部分的引腳應(yīng)按照 引腳說(shuō)明中的要求連接好，電源點(diǎn)必須符合要求，濾波和去耦電容都應(yīng)該有。出了電源部分的引腳外，控制引腳中用于直接位控調(diào)制的引腳FSELECT，PSEL0和PSEL1都未使用，直接接地。器件X2是提供AD9835使用的50MHz有源晶振，其對(duì)輸出頻率的精確度和穩(wěn)定性起著至關(guān)重要的作用。為保證0~10MHz的信號(hào)輸出寬帶，濾波器采用無(wú)源LC的5介濾波器。放大器使用MAXIM的高速雙運(yùn)放，性能優(yōu)異。圖3 AD9835基本應(yīng)用電路圖本機(jī)使用了44矩陣鍵盤，用于直接設(shè)定輸出頻率。在行線和列線的每一個(gè)交叉點(diǎn)上，設(shè)置一個(gè)按鍵。這種行列式鍵盤結(jié)構(gòu)能夠有效地提高單片機(jī)系統(tǒng)中I/O口的利用率。用矩陣法連接只需8根口線就可控制16只鍵，而且編程簡(jiǎn)單。圖4 矩陣鍵盤電路圖5 44矩陣鍵盤、44矩陣鍵盤的編程方法先讀取鍵盤的狀態(tài)，得到按鍵的特征編碼。再?gòu)腜1口的低四位輸出低電平，高四位輸出高電平，從P1口的高四位讀取鍵盤狀態(tài)。使用上述方法我們得到16個(gè)鍵的特征編碼。從P1口的高四位輸出低電平，－。讀P1口的低四位狀態(tài)為“ 1101”，其值為“0DH”。低四位輸出低電平，即P10－P13為輸出口，讀P1口的高四位狀態(tài)為“1110”，其值為“E0H”。用同樣的方法可以得到其它15個(gè)按鍵的特征編碼。 P1=0xf0。 0xf0)！=0xf0){ del_ms(12)。0xf0)!=0){ sccode=0xf0。0x10)!=0){ P1=sccode。0xf0)!=0xf0) { recode=(P1amp。 return((~sccode)+(~recode))。 } }}Return No_key。子程序的返回值為掃描后得到的鍵值，這些值是一些不規(guī)則的數(shù)，在程序中不好處理，可以使用下面程序?qū)⑺鼈冝D(zhuǎn)換成0~15的數(shù)字。 switch(k) { Case 0x11: TempNum=12。 Case 0x12: TempNum=13。 Case 0x14: TempNum=14。 Case 0x18: TempNum=15。 Case 0x88: TempNum=10。 Case 0x28: TempNum=11。 Case 0x48: TempNum=0。 Case 0x84: TempNum=1。 Case 0x44: TempNum=2。 Case 0x24: TempNum=3。 Case 0x82: TempNum=4。 Case 0x42: TempNum=5。 Case 0x22: TempNum=6。 Case 0x81: TempNum=7。 Case 0x41: TempNum=8。 Case 0x21: TempNum=9。} Return TempNum。單片機(jī)使用ATMEL公司的AT98C51，這種單片機(jī)價(jià)格低廉、性能優(yōu)異，完全可以滿足本機(jī)的要求。除了10個(gè)數(shù)字鍵以外，還有5個(gè)功能鍵，左下角的C是退格改正鍵，用于改正輸入錯(cuò)誤。右邊一排上面三個(gè)鍵是單位鍵，從上到下一次是MHz，KHz和Hz。圖7 輸出頻率設(shè)定鍵盤輸出頻率的顯示仍然使用LCD1602液晶顯示器，第二行顯示當(dāng)前的工作頻率，頻率值為7位整數(shù)+小數(shù)點(diǎn)+1位小數(shù)，單位是Hz。第一行的“InputF”=后面，輸入有誤時(shí)可用退格鍵“C”改正。按過(guò)單位鍵之后，輸入的頻率隨即出現(xiàn)在顯示器的第二行，不