大連交通大學本科課程設計PAGE5引言在電子技術領域中，經常要用一些信號作為測量基準信號或輸入信號，也就是所謂的信號源。信號源有很多種，包括正弦波信號源、函數發生器、脈沖發生器、掃描發生器、任意波形發生器、合成信號源等。作為電子系統必不可少的組成部分的信號源，在很大程度上決定了系統的性能，因而常稱之為電子系統的“心臟”。隨著電子技術的發展，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，相應頻點數更多;頻率轉換時間達到ns級:頻譜純度越來越高。同時，對頻率合成器功耗、體積、重量等也有更高的要求。而傳統的信號源采用振蕩器，只能產生少數幾種波形，自動化程度較低，且儀器體積大、靈活性與準確度差。而現在要求信號源能產生波形的種類多、頻率高，而且還要體積小、可靠性高、操作靈活、使用方便及可由計算機控制。所以要實現高性能的信號源，必須在技術手段上有新的突破。直接數字頻率合成器問世之初，構成DDS元器件的速度的限制和數字化引起的噪聲這兩個主要缺點阻礙了DDS的發展與實際應用。近幾年超高速數字電路的發展以及對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的水平。隨著微電子技術的迅速發展，直接數字頻率合成器得到了飛速的發展，它以有別于其他頻率合成方法的優越性能和特點成為現代頻率合成技術中的佼佼者。具體體現在相對帶寬寬、頻率轉換時間短、頻率分辨率高、輸出相位連續、可產生寬帶正交信號及其他多種調制信號、可編程和全數字化、控制靈活方便等方面，并具有極高的性價比。現已廣泛應用于通訊、導航、雷達、遙控遙測、電子對抗以及現代化的儀器儀表工業等領域。信號發生器是一種常用的信號源,廣泛應用于電子測量、自動控制和工程設計等領域。隨著電子技術的發展,對信號源頻率的穩定度、準確度以及頻譜純度的要求越來越高。DDS(直接數字合成)技術是從相位概念出發直接合成所需波形的一種新的頻率合成技術,與傳統的模擬式波形產生法相比,它具有相位變換連續、頻率轉換速度快、分辨率高、穩定度高、相位噪聲小、便于集成、易于調整及控制靈活等多種優點。本次課程設計鍛煉學生綜合應用知識的能力，提高實踐能力，加強理論與實踐的聯系。同時著重培養團隊合作和創新能力，為以后的學習工作打下良好基礎。1.系統設計原理采用DDS作為信號發生核心器件的全數控函數信號發生器設計方案，根據輸出信號波形類型可設置、輸出信號頻率可數控、輸出頻率寬等要求，選用了美國A/D公司的AD9850芯片，并通過單片機程序控制和處理AD9850的32位頻率控制字，再經放大濾波網絡，從而實現了信號頻率、類型以及輸出等選項的全數字控制。本系統主要由單片機、DDS直接頻率信號合成器、數字衰減電路、真有效值轉換模塊、A/D轉換模塊、數字積分選擇電路等部分組成。單片機AT89S52是整個系統關鍵部分，通過對鍵盤進行掃描讀入相位信息，經轉換后輸出到芯片AD9850，輸出波形。鍵盤輸入的數字信息經AT89S52控制的LCD1602顯示1．1總體設計框圖系統構成如下圖3.1所示。LCD1602LCD1602鍵盤單片機AD9850低通濾波器信號輸出圖1.1系統框圖2.系統硬件模塊的組成2.1鍵盤控制模塊圖4.1鍵盤控制電路通過鍵盤對波形的頻率進行控制2.2單片機控制模塊主控電路中，以單片機為主體，通過分析鍵盤輸入的數字值，對AD9850寫入相應的控制字。它是系統的大腦。

AT89S52是一種低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K在系統可編程Flash存儲器。AT89S52具有以下標準功能：8k字節Flash、256字節RAM、32位I/O口線、看門狗定時器、2個數據指針、三個16位定時器/計數器、一個6向量2級中斷結構、全雙工串行口、片內晶振及時鐘電路。AT89S52的引腳結構如圖：圖2.1單片機AT89S52引腳結構圖圖4.3時鐘電路XTAL1是片內振蕩器的反相放大器輸入端，XTAL2則是輸出端，使用外部振蕩器時，外部振蕩信號應直接加到XTAL1，而XTAL2懸空。這里采用電容30pF，晶振采用12MHz。AT89C51的外部復位電路有上電自動復位和手動按鍵復位。本設計采用按鍵電平復位，電路圖如圖所示：2.3LCD顯示模塊1602型LCD可以顯示2行16個字符，有8位數據總線D0～D7和RS，R/W，EN三個控制端口，工作電壓為5V，并且具有字符對比度調節和背光功能[1]。圖4.5LCD與單片機的接口電路2.4AD9850與單片機連接模塊隨著數字技術的飛速發展,用數字控制方法從一個參考頻率源產生多種頻率的技術,即直接數字頻率合成(DDS)技術異軍突起。美國AD公司推出的高集成度頻率合成器AD9850便是采用DDS技術的典型產品之一。AD9850采用先進的CMOS工藝,其功耗在3.3V供電時僅為155mW,擴展工業級溫度范圍為－40～80℃,采用28腳SSOP表面封裝形式。AD9850的引腳排列如圖4.6所示,圖4.7為其組成框圖。中層虛線內是一個完整的可編程DDS系統,外層虛線內包含了AD9850的主要組成部分[2]。圖4.6AD9850管腳排列圖圖4.7AD9850組成框圖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(Powerdown)控制,2位用于選擇工作方式。在并行裝入方式中,通過8位總線D0…D7將可數據輸入到寄存器,在重復5次之后再在FQ-UD上升沿把40位數據從輸入寄存器裝入到頻率/相位數據寄存器(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位數據,并把指針指向下一個輸入寄存器,連續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[3]。圖4.9控制字并行輸入的時序圖單片機與AD9850的接口圖4.11AD9850與單片機連接3.軟件設計與調試3．1程序流程圖通過程序預置頻率，并實現對頻率步進的控制，處理用戶由鍵盤鍵入的頻率值，判斷是否超出范圍，生成頻率控制字，經并行方式送入DDS，合成用戶所需的頻率，并通過程序實現頻率的顯示。程序流程圖如下：圖3.1程序流程圖DDS的時鐘頻率很高，對周圍電路有一定影響，在電路中采取了一些抗干擾措施，如：引線盡量短，減少交叉，每個芯片的電源與地之間都解憂去耦電容，數字地與模擬地分開。在LCD的顯示調節時也要選取適當的電阻才能使液晶屏正常的顯示，常選取的阻值為1000歐左右。3.2軟件調試本系統的軟件調試可以在Keiluvision2的環境中完成，程序調試無誤后，可以裝入Proteus中進行仿真，也可以直接下載到單片機中進行調試。采用自下而上即單獨調試好每一個模塊后，再連接成一個完整的系統調試。結論課程設計完成的主要工作是完成單片機控制AD9850產生正弦信號，并能顯示出相對應的頻率，且使頻率在0～20MHz的范圍內能進行調整。通過搜集目前DDS技術的相關資料，了解國內外DDS信號發生器的相關制作方法，并通過設計方案的比較，針對設計任務提出了可行方案。在設計方案中，結合單片機的功能特點及其控制特性，以單片機作為控制的核心。根據設計方案，詳細地闡述了單片機的控制原理、AD9850的使用方法、PCB板的制作，設計了相應的硬件電路和系統軟件，制作了電路原理樣機并進行調試。結果表明，所設計的電路和軟件能完成基本的測試功能。課程設計結束了，留給了我很深的思考，只有通過學習才能獲得知識，開始時并不是什么都會，但是只要努力了就一定會有收獲雖然中間的過程很辛苦，但是只要有結果，就可以忘記艱辛的過程。參考文獻[1]劉建輝.單片機智能控制技術[M].北京：國防工業出版社，2007.4.[2]閆玉德.MCS-51單片機原理與應用（C語言版）[M].北京：機械工業出版社，2003.1.[3]劉偉.基于AD9850芯片的信號發生器的研究[M].蘇州：蘇州大學出版社，2002.4.附錄附錄A硬件原理圖附錄B程序#include<reg52.h>#include<intrins.h>#defineucharunsignedchar#defineuintunsignedintsbitW_CLK=P1^7;sbitPQ_UD=P1^6;sbitRET=P1^4;ucharword[5]={0x00,0x00,0x00,0x00,0x00};unsignedlongintk=107.37*1000;//15000000就是所要輸出的頻率值，//若晶振不同為其他頻率更改數值就行了voidchang(unsignedlongintk){word[1]=(k>>24)&0xff;word[2]=(k>>16)&0xff;word[3]=k>>8&0xff;word[4]=k&0xff;}delay_1ms(uintt){uinti,j;for(i=0;i<t;i++)for(j=0;j<120;j++);}main(){uinti;RET=1;delay_1ms(100);