【正文】 芯片 AD9835 的正弦波信號發(fā)生器主要由 AT89S5 DDS 芯片AD983 D∕ A 芯片 TLC7524 和射頻運(yùn)算放大器 AD829 組成，如圖 21 所示。單片機(jī)還用于 控制輸出信號幅值，檢測按鍵，控 制 LED 顯示，并與 PC 通訊接收遠(yuǎn)程指令。 單片機(jī)介紹及與 AD9835(DDS)連接電路 單片機(jī) AT89S51 介紹 單片機(jī)作為系統(tǒng)設(shè)計的核心部分，在系統(tǒng)功能實現(xiàn)上起到了決定性的作用。 AT89S51中有一個用于構(gòu)成內(nèi)部振蕩器的高增益反相放大器，引腳 XTAL1和XTAL2分別是該放大器的輸入端和輸出端。 外接石英晶體 (或陶瓷諾振器 )及電容 C1,C2接在放大器的反饋回路中構(gòu)成并聯(lián)振蕩電路。如使用陶瓷諧振器的話，應(yīng)選擇40pF士 10pF的容值的電容。采用外部時鐘的電路的情況時，外部時鐘脈沖接到 XTAL1端，即內(nèi)部時鐘發(fā)生器的輸入端， XTAL2則懸空。 本系統(tǒng)控制電路所采用的單片機(jī) AT89S51是 40引腳， PDIP封裝的集成電路芯片。 單片機(jī)的引腳分布和功能如下： 圖 221 AT89S51 的 PDIP 封裝圖 由于工藝及標(biāo)準(zhǔn)化等原因，芯片的引腳數(shù)目是有限的。那么如何才能解決這個供需矛盾呢 ?正像有的人為了增加收入，要做一些兼職工作。 對于同一系列中各種型號的單片機(jī)，其此腳的基本功能是相同的，所不同的一是引腳的第二功能。缺少了它的第二功能，單片機(jī)甚至還不能工作。 Pl口 ：只有在 52子系列中， ．在 5l子系列中， Pl口就作為通用的 I/O口使用。 P3口：在 51單片機(jī)中， P3口的 8引腳都具有特定的第二功能，而且都是很重要的功能。如 、 分別是 WR、 RD信號，當(dāng)單片機(jī)外接 RAM或有外部 FO口時，它們被用作第二功能，它們就自動充當(dāng)著傳輸 “寫 ”或 “讀 ”信號的作用，不能作為通用 I/0口使用，也就是說，只要 CPU執(zhí)行到 MOVX指令，就會有相應(yīng)的信號從 ，不需要事先用指令說明。因此在實際使用時，都是按需要選用其第二功能信號，剩下的才以第一功能的身份做數(shù)據(jù)的 I/O使用。比如，缺相指示信號，用從 ，缺相輸入信號，從 。 AD9835 芯片介紹 AD9835芯片 主要技術(shù)指標(biāo)如下： 頻率范圍 ： ～ 10MHz 頻率分辨率： 頻率穩(wěn)定度 ： 1107 輸出幅度： 0～ 177。 河南機(jī)電高等專科學(xué)校畢業(yè)設(shè)計 8 AD9835的 相位累加器為 32位，取其高 12位作為讀取余弦波形存儲器的地址。經(jīng)簡化，合成信號頻率由下式?jīng)Q定： f＝ K K值在 1＜ K＜ 231之間。 AD9835的封裝圖如下圖所示： A D 9 8 3 51542736891 01 11 21 31 41 51 6F S A D J U S TR E F I NR E F O U TD V D DD G N DM C L KS C L KS D S T AC O M PA V D DI O U TA G N DP S E L 0P S E L 1P S E L E C TP S Y N C 圖 222 AD9835封裝圖 信號發(fā)生電路 作為系統(tǒng)設(shè)計的核心，信號發(fā)生電路是由 AD9835和單片機(jī)構(gòu)成。當(dāng) AD9835的時鐘為25MHz時，其輸出頻率范圍為 DC ~，分辨率是 。圖 生電路， SCLK、 SDATA、 FSYNC連接到單片機(jī)，接受控制命令。電路布局時，電容應(yīng)該盡可能地靠近 AD9835放置。 AD9835與 AT89S51接口圖如下所示： 河南機(jī)電高等專科學(xué)校畢業(yè)設(shè)計 9 A T 8 9 S 5 1 A D 9 8 3 5P 3 . 3R X DT X DF S Y N CS D A T AS C L K 圖 231 AT89S51與 AD9835接口圖 AD9835與 AT89S51通過 3個引腳相連：如上圖所示。 AD9835的 FSYNC控制信號由 AT89S51可編程控制引腳 。由于 AD9835接收的大部分命令和參數(shù)為 16位，而 AT89S51每次只能發(fā)送 1字節(jié)數(shù)據(jù)，因此 FSYNC應(yīng)在 AT89S51串行口連續(xù)發(fā)送 2個字節(jié)的過程中保持低電平。 AD9835接收到的 16位數(shù) 據(jù)中，最高 4位是命令碼，接下來的 4位是地址碼，低 8位是數(shù)據(jù)碼。 A D 9 8 3 5F S A D JR E F I NR E F O U TD V D DD G N DM C L KS C L KS D A T AC O M PA V D DI O U TA G N DP S E L 0P S E L 1P S E L E C TP S Y N C3 . 9 K Ω1234567891 01 11 21 31 41 51 60 . 0 1 μ F1 0μ f0 . 1μ f12342 5 M H zN CV C CG N DO U T0 . 0 1 μF0 . 1 μ F1 0 μFO U T3 6 0 Ω﹢﹢ 圖 232 信號發(fā)生電路 波形的輸出時間參數(shù)是指輸出波形中每兩點的時間間隔。當(dāng)計算出 C≤ 65 536 時， CPU只使用定時器 TO；當(dāng)計算出 C65 536 時， CPU河南機(jī)電高等?？茖W(xué)校畢業(yè)設(shè)計 10 將 把定時器 0 和計數(shù)器 T1 兩者結(jié)合起來使用，將 C 開平方后的值給 0、 T1作為初值。 T0/T1 被調(diào)用后，開始計數(shù)。反復(fù)循環(huán) ，從而可在一個周期內(nèi)輸出完整波形。在整個 DDS 實現(xiàn)過程中，低通濾波器除了濾掉高頻信號之外，還有除去雜散的作用。由此引入的截斷誤差是 DDS 雜散的主要來源 ； (3)DAC的轉(zhuǎn)換誤差，即 DAC中非線性引起的轉(zhuǎn)換誤差： DAC有限的分辨率、非線性特性以及轉(zhuǎn)換過程中出現(xiàn)的尖峰脈沖均會導(dǎo)致頻譜質(zhì)量變壞。 低通濾波器可以分為巴特沃什濾波、切比雪夫濾波、貝賽爾濾波和橢圓濾波等。但是其過渡帶下降迅速，過渡帶很窄。根據(jù)系統(tǒng)要求，輸出信號的頻率可達(dá) 10 MHz，設(shè)定其通帶為 10 MHz，且 7階濾波具有下降速度更快的過渡帶，可以有效地濾除 10 MHz以上的 高頻干擾。橢圓低通濾波器的電路圖如 下圖所示： 河南機(jī)電高等?？茖W(xué)校畢業(yè)設(shè)計 11 C 25 . 6 p FC 42 2 p FC 53 3 p FC 62 2 p FC 72 2 p FL 1L 2L 34 7 0 n H 3 0 0 n H 3 0 0 n HL P F I N P U TC 11 p FC 34 . 7 p FL P F O U T P U T 圖 24 低通濾波電路 D∕ A 轉(zhuǎn)換及幅度控制電路 本模塊首先介紹 D/A 轉(zhuǎn)換的基本原理，并對選用的 D/A 轉(zhuǎn)換芯片 TLC7524，轉(zhuǎn)換電路及幅度控制電路進(jìn)行介紹。實現(xiàn)這種操作的基本方法是對應(yīng)于二進(jìn)制的每一位， 產(chǎn)生一個相應(yīng)的電壓（電流），而這個電壓（電流）的大小正比于相應(yīng)的位權(quán)。 T 型電阻解碼網(wǎng)絡(luò) D/A 轉(zhuǎn)換器有電壓相加型和電流相加型兩種。各位開關(guān)由各位二進(jìn)制代碼控制，當(dāng)代碼ai為 1 時，開關(guān) Si上合，接運(yùn)算放大器求和點 (虛地點 )；當(dāng)代碼 ai為 0 時，開關(guān)Si下合，接地。從電阻網(wǎng)絡(luò)各節(jié)點向右看和 向下看的等效電阻都是 2R, 經(jīng)節(jié)點享有和向下流的電流相等，向下每經(jīng)過一個節(jié)點就進(jìn)行一次對等分流。整個網(wǎng)絡(luò)的等效輸入電阻為 R，基準(zhǔn)電壓 VR供出的總電流為： I=VR/R 經(jīng) 2R 電阻流向開關(guān)的各分流為： I1=I/21 I2=I/22 … In1=I/2n1 河南機(jī)電高等?？茖W(xué)校畢業(yè)設(shè)計 12 In=I/2n 這些電流是流向求和點還是流向地，取決于開關(guān)是上合還是下合，也就是取決于數(shù)字量各位的代碼是 1 還是 0。 D/A 轉(zhuǎn)換器的主要性能指標(biāo)： 。它確定了能由 D/A 轉(zhuǎn)換器產(chǎn)生的最小模擬量的變化。若分辨率為10位，則表明它的最小輸出變化量為滿量程的 1/210。如二進(jìn)制， BCD 碼等。通常給出在一定溫度下的最大非線性度，一般為 ﹪ ~﹪。轉(zhuǎn)換時間是描述 D/A 轉(zhuǎn)換速度的一個參數(shù)，具體是從輸入數(shù)字量變化到輸出終值誤差177。通常為幾十納秒至幾微妙。絕對精度（簡稱精度）是指在整個刻度范圍內(nèi)，任意輸入數(shù)碼所對應(yīng)的模擬量實際輸出值與理論值之間的最大誤差。絕對精度應(yīng)小于 1LSB. 由于 AD9835最后輸出的是 數(shù)字量電流，為了實現(xiàn)對其進(jìn)行的控制，需將其轉(zhuǎn)換成模擬量，由單片機(jī)控制模擬量進(jìn)而控制波形實現(xiàn)正弦波的頻率和幅度調(diào)節(jié)。 AD9835輸出信號經(jīng)濾波放大，送入 D/A轉(zhuǎn)換器 TLC7524，單片機(jī)控制 TLC7524實現(xiàn)幅值調(diào)節(jié)。TLC7524采用電流工作模式，外接一片運(yùn)算放大器 AD829將電流電壓變換為模擬電壓輸出。用在通訊、廣播、雷達(dá)、電視、自動控制等各種裝置中。按 其工作頻帶的寬窄劃分為窄帶高頻功率放大器和寬帶高頻功率放大器兩種，窄帶高頻功率放大器通常以具有選頻濾波作用的選頻電路作為輸出回路，故又稱為調(diào)諧功率放大器或諧振功率放大器；寬帶高頻功率放大器的輸出電路則是傳輸線變壓器或其他寬帶匹配電路，因此又稱為非調(diào)諧功率放大器。一個理想的運(yùn)算放大器必須具備下列特性：無限大的輸入阻抗、等于零的輸出阻抗、無限大的開回路增益、無限大的共模排斥比的部分、無限大的頻寬。一個運(yùn)算放大器模組一般包括一個正輸入端 (OP_P)、一個負(fù)輸入端 (OP_N)和一個輸出端 (OP_O)。原因是運(yùn)算放大器的電壓增益非河南機(jī)電高等?？茖W(xué)校畢業(yè)設(shè)計 14 常大， 范圍從數(shù)百至數(shù)萬倍不等，使用負(fù)反饋方可保證電路的穩(wěn)定運(yùn)作。 將運(yùn)算放大器的反向輸入端與輸出端連接起來，放大器電路就處在負(fù)反饋組態(tài)的狀況，此時通?？梢詫㈦娐泛唵蔚胤Q為閉環(huán)放大器。 由于 D∕A 轉(zhuǎn)換器輸出信號幅值小于 5V，需多級放大器，因此選用 AD829 放大器 ,AD829 是一款低噪、高性能高速運(yùn)算放大器。177。下圖為電壓放大模塊電路，采用反比例放大，其增益為 R1/R2，手動調(diào)節(jié) R1 調(diào)整電壓輸出幅值，C1 電容有效濾除雜波。 LED 顯示器顯示方式有兩種：靜態(tài)顯示和動態(tài)顯示。當(dāng)顯示位數(shù)較多時，靜態(tài)顯示方式需要的 I/O 口數(shù)量較多，使用這種方式就不合適。動態(tài)掃描顯示是單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)中使用最為廣泛河南機(jī)電高等?？茖W(xué)校畢業(yè)設(shè)計 15 的顯示方式。 CPU向段輸出口送出字形碼時，所有顯示器接收到相同的字形碼，但究竟是哪個顯示器亮，則取決于公共端 COM 的狀態(tài)，而這一端是由 I/O 口線控制的，所以就可以決定顯示哪一位了。 在輪流點亮顯示器的掃描過程中，每位顯示器的點亮?xí)r間是極為短暫的（約1~2ms），但由于人的視覺暫留現(xiàn)象及發(fā)光二極管的余輝效應(yīng)，盡管實際上各位顯示器并非同時點亮，但是只要 掃描的頻率足夠高（一般掃描間隔不超過 20ms），給人的印象就是多位顯示器在同時穩(wěn)定地顯示字符，感覺不出閃爍。根據(jù)驅(qū)動方法的不同，可以分為七段碼直接輸出掃描驅(qū)動、 8421 碼輸出譯碼掃描驅(qū)動、移位輸出驅(qū)動顯示等。單片機(jī)將要顯示的數(shù)據(jù)通過程序譯成七段碼，根據(jù)時間的不同選擇某一位數(shù)據(jù)的七段碼經(jīng)單片機(jī) I/O1:1 直接驅(qū)動 LED 數(shù) 碼管。單片機(jī)將要顯示的數(shù)據(jù)從 RB0～ RB3 輸出，七段碼由外部 CD4511 譯碼完成，如果需要點亮小數(shù)點，則小數(shù)點從 RB4 輸出，位選擇信號從 RB5～ RB7 輸出，經(jīng) CD4028 高電平輸出譯碼器分別驅(qū)動每位數(shù)碼管，用 8 位 I/O 口可以驅(qū)動 8 位帶小數(shù)點的數(shù)碼管，程序流程與七段碼直接輸出掃描驅(qū)動的相似。靜態(tài)驅(qū)動的方法所占用的 I/O 口 I:1 都較多，很難驅(qū)動多位數(shù)碼管，前兩種掃描輸出驅(qū)動的方法所占的 I/O 口也很多，且當(dāng)要求顯示的數(shù)碼位數(shù)較多時，亮度很難達(dá)到要求。 與靜態(tài)顯示方式相比，動態(tài)掃描顯示方式在顯示位數(shù)較多時有明顯的優(yōu)勢，可節(jié)省 I/O 接口，降低硬件成本。 RP1 為排阻，相當(dāng)于 8 個電阻并排在一起。 獨立式按鍵的硬件特點是每個按鍵均獨立地占用一條 I/O 接口線。獨立式按鍵硬件結(jié)構(gòu)及軟件設(shè)計均較簡單，但每個按鍵都要占用一條 I/O 口線，一般只用于按鍵數(shù)較少或 I/O 口線資源有空閑的場合。矩陣式按鍵的按鍵設(shè)置在行與列的交點上，行線連接的接口為輸入口，用于輸入按鍵的行位置信息，列線連接的接口為輸出口，用于輸出掃描（一般為低電平）。如果通過列線接口輸出低電平，則當(dāng)有任何一鍵閉合時，該鍵所對應(yīng)的行線和列線被接通，當(dāng)某鍵所對應(yīng)的行線出現(xiàn)低電平時，就可以判斷出該行有按鍵被按下。 鍵盤從上往下依次為 KEY0～ KEY3，鍵盤未按下時， I/O端口經(jīng)上拉電阻接 +5V電壓，輸入的是高電平；鍵盤按下時， I/O端口由于接地，輸入的是低電平。 河南機(jī)電高等專科學(xué)校畢