【正文】 查詢表包含一個正弦波周期的數(shù)字幅度信息，每一個地址對應正弦波中 0176?！?360176。范圍的一個相位點。查詢表把輸入地址的相位信息映射成正弦波幅度信號，然后驅(qū)動 DAC以輸出模式量。相位寄存器每過 2NM個外部參考時鐘后返回到初始狀態(tài)一次，相位地正弦查詢表每消費品一個循環(huán)也回到初始位置，從而使整個 DDS系統(tǒng)輸出一個正弦波。輸出的正弦波周期 0 2cT T N M? ，頻率 2out cf Mf N? ， cT 、cf 分別為外部參考時鐘的周期和頻率。 AD9850 采用 32 位的相位累加器將信號截斷成 14 位輸入到正弦查詢表，查詢表的輸出再被截斷成 10 位后輸入到 DAC， DAC 再輸出兩個互補的電流。 DAC 滿量程輸出電流通過一個外接電阻 setR 調(diào)節(jié)，調(diào)節(jié)關系為 setI =32()，常州工學院電子信息與電氣工程學院畢業(yè)設計說明書 16 setR 的典型值是 ? 。將 DAC 的輸出經(jīng)低通濾波后接到 AD9850 內(nèi)部的高速比較器上即可直接輸出一個抖動很小的方波。 AD9850 在接上精密時鐘源和寫入頻率相位控 制字之后就可產(chǎn)生一個頻率和相位都可編程控制的模擬正弦波輸出，此正弦波可直接用作頻率信號源或經(jīng)內(nèi)部的高速比較器轉換為方波輸出。在 125MHz 的時鐘下， 32 位的頻率控制字可使 AD9850 的輸出頻率分辨率達 ；并具有 5 位相位控制位，而且允許相位按增量 180 ， 45 ， 90 ， ， 或這些值的組合進行調(diào)整。 AD9850 的控制字與控制時序 AD9850 有 40 位控制字， 32 位用于頻率控制， 5 位用于相位控制。 1 位用于電源休眠（ Power down ）控制， 2 位用于選擇工作方式。這 40 位控制字可通過并行方式或串行方式輸入到 AD9850，在并行裝入方式中，通過 8 位總線 D0?D7 將可數(shù)據(jù)輸入到寄存器，在重復 5 次之后再在 FQ_UD 上升沿把 40 位數(shù)據(jù)從輸入寄存器裝入到頻率 /相位數(shù)據(jù)寄存器（更新 DDS 輸出頻率和相位），同時把地址指針復位到 第一個輸入寄存器。接著在 W_CLK 的上升沿裝入 8 位數(shù)據(jù)，并把指針指向下一個輸入寄存器，連續(xù) 5 個 W_CLK 上升沿后， W_CLK 的邊沿就不再起作用，直到復位信號或 FQ_UD 上升沿把地址指針復位到第一個寄存器。在串行輸入方式， W_CLK 上升沿把 25 引腳的一位數(shù)據(jù)串行移入，當移動 40 位后，用一個 FQ_UD 脈沖即可更新輸出頻率和相位。圖 35是相應的控制字并行輸入的控制時序圖。 常州工學院電子信息與電氣工程學院畢業(yè)設計說明書 17 D A T AW 0 W 1 W 2 W 3W 4W _ C L KF Q _ U DR E F C L KC O S O U TT W HT W LT P DT P LT P HT C FV A L I D D A T A圖 36控制字并行輸入時序 系統(tǒng)硬件電路基本組成 硬件 電 路的組成主要由以 下 幾部分組成 : (1)單片機控制 模塊； (2)鍵盤模塊； (3)顯示模塊； (4)AD9850外圍電路； (5)濾波電路； (6)幅值調(diào)節(jié)電路（運放模塊）； 單片機控制 模塊 本系統(tǒng)以 AT89C51 作為控制核心， P0 口 8 個引腳通過排線與 4*4 矩陣鍵盤相連， 根據(jù)按鍵的情況完成頻率和相位的設定 功能。 － 端口用 8 芯排線連接到 1602 上的 7到 14 腳上 ,P30 連 4 腳（ RS） ,P31 連 5 腳（ RW） ,P30 連 6腳（ E），并通過程序?qū)㈩l率值 顯示到 LCD1602 上。 P2口與 AD9850的 相關控制字寫入端口 相連，進行串行控制，對 DDS芯片寫入控制字，從而實現(xiàn)相應的波形 輸出。 常州工學院電子信息與電氣工程學院畢業(yè)設計說明書 18 圖 37系統(tǒng)控制電路 鍵盤電路 AT89C51單片機的 P1口用作鍵盤輸入口，鍵盤的行線接到 P1口的低 4位，鍵盤的列線接到 P1 口的高 4位， 4根行線和 4根列線形成 16個相交點。鍵位識別的方法是對鍵盤的行線進行掃描 。 檢測當前是否有鍵被按下的方法是“ 0”，讀取 ，若 “ 1”，則無鍵閉合，否則有鍵閉合。由此得到閉合鍵的行值和列值，然后可采用計算法或查表 法將閉合鍵的行值和列值轉換成所定義的鍵值。為了保證鍵在每閉合一次 CPU僅作一次處理，必須去除鍵釋放時的抖動。去除鍵抖動的方法是 增加適當延時，即 當檢測到有鍵按下后，延時一段時間再做下一步的檢測判斷。 按鍵 A、 B、 C 被定義為功能鍵，用于選擇輸出波形方式 (正弦波、三角波、方波 )，其中， A鍵表示正弦波， B鍵表示方波， C鍵表示三角波．按鍵被定義為數(shù)字鍵和控制鍵，數(shù)字鍵 (0— 9)用于輸入頻率值；控制鍵包括 *鍵、 鍵， *鍵作為修改設置頻率的標志， 鍵作為設置頻率結束的標志 4 4的矩陣鍵盤電路和 各按鍵 功能分別如圖 38和 表格 31所示。 常州工學院電子信息與電氣工程學院畢業(yè)設計說明書 19 圖 38 4 4矩陣鍵盤電路 按鍵號 功能定義 按鍵號 功能定義 S1 0 S9 8 S2 1 S10 9 S3 2 S11 A S4 3 S12 B S5 4 S13 C S6 5 S14 確認鍵 S7 6 S15 * S8 7 S16 表格 31按鍵功能定義 顯示電路 在單片機系統(tǒng)中，要實現(xiàn)良好的人機界面，除了需要鍵盤等輸入設備以外，一般還配有顯示輸出設備。常用的顯示器有：發(fā)光二極管顯示器，簡稱 LED；液晶顯示器，簡稱 LCD。 LED、 LCD顯示器 具有結構簡單、成本低、配置靈活、與單片機接口方便等特點。 LCD1602液晶顯示模塊 指令功能強：可組合成各種輸入、顯示、移位方式以滿足不同的要求；接口簡單方便；可與 8位微處理器或微控制器直接相連，而不需驅(qū)動，大大 簡化了硬件電路及軟件程序。 常州工學院電子信息與電氣工程學院畢業(yè)設計說明書 20 （ 1）液晶顯示原理 液晶顯示的原理是利用液晶的物理特性，通過電壓對其顯示區(qū)域進行控制，有電就有顯示，這樣即可以顯示出圖形。液晶顯示器具有厚度薄、適用于大規(guī)模集成電路直接驅(qū)動、易于實現(xiàn)全彩色顯示的特點，目前已經(jīng)被廣泛應用在便攜式電腦、數(shù)字攝像機、 PDA移動通信工具等眾多領域。 （ 2）液晶顯示器的分類 液晶顯示的分類方法有很多種，通常可按其顯示方式分為段式、字符式、點陣式等。除了黑白顯示外，液晶顯示器還有多灰度有彩色顯示等。如果根據(jù)驅(qū)動方式來分，可以分為靜態(tài)驅(qū)動（ Static）、單純 矩陣驅(qū)動（ Simple Matrix）和主動矩陣驅(qū)動（ Active Matrix）三種。 （ 3）液晶顯示器各種圖形的顯示原理 : ① 線段的顯示 點陣圖形式液晶由 MN 個顯示單元組成，假設 LCD顯示屏有 64行，每行有 128列，每 8列對應 1字節(jié)的 8位，即每行由 16字節(jié)，共 168=128 個點組成，屏上 6416個顯示單元與顯示 RAM區(qū) 1024字節(jié)相對應，每一字節(jié)的內(nèi)容和顯示屏上相應位置的亮暗對應。例如屏的第一行的亮暗由 RAM區(qū)的 000H—— 00FH的 16字節(jié)的內(nèi)容決定，當（ 000H） =FFH時，則屏幕的左上角顯示一 條短亮線，長度為 8個點；當（ 3FFH）=FFH時，則屏幕的右下角顯示一條短亮線；當（ 000H） =FFH，（ 001H） =00H，（ 002H）=00H， ?? （ 00EH） =00H，（ 00FH） =00H時，則在屏幕的頂部顯示一條由 8段亮線和 8條暗線組成的虛線。這就是 LCD顯示的基本原理。 ② 字符的顯示 用 LCD顯示一個字符時比較復雜，因為一個字符由 68 或 88 點陣組成，既要找到和顯示屏幕上某幾個位置對應的顯示 RAM區(qū)的 8字節(jié)，還要使每字節(jié)的不同位為 “1” ，其它的為 “0” ，為 “1” 的點亮，為 “0” 的不亮。這樣一來就組 成某個字符。但由于內(nèi)帶字符發(fā)生器的控制器來說，顯示字符就比較簡單了，可以讓控制器工作在文本方式，根據(jù)在 LCD上開始顯示的行列號及每行的列數(shù)找出顯示 RAM對應的地址，設立光標，在此送上該字符對應的代碼即可。 ③ 漢字的顯示 漢字的顯示一般采用圖形的方式，事先從微機中提取要顯示的漢字的點陣碼常州工學院電子信息與電氣工程學院畢業(yè)設計說明書 21 （一般用字模提取軟件），每個漢字占 32B，分左右兩半，各占 16B，左邊為 5?? 右邊為 6?? 根據(jù)在 LCD上開始顯示的行列號及每行的列數(shù)可找出顯示 RAM對應的地址，設立光標，送上要顯示的漢字的第一字節(jié)，光標位置加 1， 送第二個字節(jié)，換行按列對齊，送第三個字節(jié) ?? 直到 32B顯示完就可以 LCD上得到一個完整漢字。 本設計顯示模塊是用來顯示鍵盤鍵入的頻率、相位值和頻率、相位 、波形名稱和單位 等字樣，故本設計選擇 LCD1602顯示器，與單片機連接電路如圖 39所示。 圖 39數(shù)碼顯示電路 AD9850 時鐘電路選擇 DDS的基準信號源決定了整個系統(tǒng)輸出的精確度和穩(wěn)定度，為保證輸出信號的精度和穩(wěn)定度，在本系統(tǒng)中采用了 80MHz 的溫度補償晶體振蕩器 TX211 作為DDS的基準信號源，溫度補償晶體不隨溫度的改變而改變，而且精度和穩(wěn)定度是非常高，抗干擾也是比較好，使得整個系統(tǒng)輸出的頻率精確穩(wěn)定。 常州工學院電子信息與電氣工程學院畢業(yè)設計說明書 22 外圍配置及 接口電路 AD9850 有串行寫入方式和并行寫入方式兩種。串行寫入方式的優(yōu)點是 所用的 I/O 資源少，缺點是數(shù)據(jù)讀寫的速度較慢。并行寫入方式的優(yōu)點是數(shù)據(jù)讀寫快，缺點是占用更多的 I/O 資源。 為降低外圍電路的復雜程度， 本系統(tǒng) 以 AT89C51 控制核心 ，采用串行方式實現(xiàn)對 AD9850 數(shù)據(jù)的寫入 ； 且當 單片機采用 12MHz 晶振時，它的高電平時間能夠滿足 AD9850 復位要求，故可將 AD9850 的復位端與單片機的復位端直接相連。 具體連接電路如 圖 310。 圖 310 AD9850外圍配置及接口電路 濾波電路 為 使輸出的頻率不受外界和一些雜波的干擾，需用一個低通濾波器 (LPF)濾除高次諧波 [13]， 常用的濾波器的頻率響應有三種：橢圓型 (Cauer)，巴特沃斯型（ Buterworth)和切比雪夫型 (Chebyshev)。 其中巴特沃斯濾波器通帶最平坦，它的通帶內(nèi)沒有紋波，在靠近零頻率處，常州工學院電子信息與電氣工程學院畢業(yè)設計說明書 23 有最平坦通帶 ，趨向阻帶時衰減單調(diào)增大，缺點是從通帶到阻帶的過渡帶最寬，對于帶外干擾信號的衰減作用最弱，過渡帶不夠 陡峭，因此它適用于對通帶要求較高，而去除的頻率離通帶較遠的情況； 切比雪夫濾波器在通帶內(nèi)衰減在零值和一個上限值之間做等起伏變化，阻帶內(nèi)衰減單調(diào)增大，帶內(nèi)有起伏，但過渡帶比較陡峭 ； 橢圓濾波器不僅通帶內(nèi)有起伏，阻帶內(nèi)也有起伏，而且過渡帶陡峭。三者的幅頻特性如圖 311所示。 圖 311 巴特沃斯、切比雪夫、橢圓濾波幅頻特性 簡單二階 LPF雖然在 ff0時其幅頻特性的衰減斜率較大，但在 f0處它的下降斜率還不夠大， 所以我們用單端正反饋低通濾波器來 克服這個缺點，如 圖 312為典型的單端正反饋型二階低通濾波器電路。 RfRFR1 R2C2C1V o( s )V i(s ) 圖 312 典型的單端正反饋型二階低通濾波器電路 當 R1=R2=R,C1=C2=C,ω 0=2π f0=1/RC時， 通帶電壓放大倍數(shù)： 1 FfRA R?? （ ） 傳遞函數(shù)： 常州工學院電子信息與電氣工程學院畢業(yè)設計說明書 24 200 )()3(1/[)( s C Rs C RAAsA ???? （ ） 品質(zhì)因素： 013Q A? ? （ ） 本系統(tǒng)設計輸出信號頻率 fo的范圍為 20Hz2MHz,當 Q=，依上述關系可計算得二階巴特沃斯濾波電路參數(shù)為： R1=R2=10Ω， C1=C2= F， RF=600Ω， Rf=1KΩ。 通過比較各濾波器的幅頻特性，并結合系統(tǒng)要求，本文選用橢圓濾波器對DDS的輸出進行濾波， 按照低通濾波器的理想分析方法，采用查歸一化濾波器手冊的方法設計出原始的 7階橢圓低通濾波器，確定元件值。設計出的橢圓濾波器如 下圖 313所示 。 圖 313 低通濾波電路 三角波產(chǎn)生電路 由前面的分析可知， AD9850輸出經(jīng)過一個低通濾波器就可以得到所需要的正弦波形，若要得到方波只需將所產(chǎn)生的正弦波通過 AD9850 內(nèi)部集成的比較器 比較即可。 下面主要分析如何獲得三角波。 根據(jù)理論知識， 我們知道，將方波積分即可得到三角波。 因此，在方波發(fā)生器的基礎上加上積分器，即可構成產(chǎn)生三角波的震蕩器。圖 314 給出了積分電路及三角波形圖。 常州工學院電子信息與電氣工程學院畢業(yè)設計說明書 25 O P 0 7R1C1C2R2ViVo a) 積分電