基于AD9850的信号发生器设计_毕业设计

基于AD9850的信号发生器设计摘要介绍ADI 公司出品的AD9850 芯片,给出芯片的引脚图和功能。

并以单片机AT89S52 为控制核心设计了一个串行控制方式的正弦信号发生器的可行性方案,给出了单片机AT89S52 与AD9850 连接电路图和调试通过的源程序以供参考。

直接数字合成（DDS）是一种重要的频率合成技术，具有分辨率高、频率变换快等优点，在雷达及通讯等领域有着广泛的应用前景。

系统采用AD9850为频率合成器，以单片机为进程控制和任务调度的核心，设计了一个信号发生器。

实现了输出频率在10Hz~1MHz范围可调，输出信号频率稳定度优于10-3的正弦波、方波和三角波信号。

正弦波信号的电压峰峰值V opp能在0~5V范围内步进调节，步进间隔达0.1v,所有输出信号无明显失真，且带负载能力强。

该电路设计方案正确可行,频率容易控制,操作简单灵活,且具有广阔的应用前景。

关键词：信号发生器；直接数字频率合成；AD9850芯片；AT89S52单片机AbstractOn the basis of direct digital synthesis(DDS)principle, a signal generator was designed , using AT89S52 single chip machine as control device and adopting AD9850 type DDS device .Hardware design parameters were given .The system can output sine wave ,square wave with wide frequency stability and good waveform .The signal generator has stronger market competitiveness , with wide development prospect ,in frequency modulation technology and radio communication technology fields.Key words: signal generator ；direct digital synthsis；AD9850；AT89S52目录第一章绪论 (1)1.1背景 (1)1.2问题的提出 (2)1.3论证方案 (2)1.4总体设计框图 (3)第二章DDS技术产生信号的基本原理 (5)2.1DDS简介 (5)2.2频率预置与调节电路 (5)2.3累加器 (5)2.4控制相位的加法器 (6)2.5控制波形的加法器 (6)2.6波形存储器 (6)2.7D/A转换器 (7)2.8低通滤波器 (7)2.9数字波形合成的理论分析 (8)第三章芯片的简介 (9)3.1AD9850结构与性能 (9)3.2AD9850的控制字与控制时序 (11)3.3 AT89S52结构与性能 (12)3.4 24C02结构与性能 (15)3.5MAX232的结构与性能 (16)3.6RT1602结构与性能 (17)第四章主要硬件的总体设计 (19)4.1AD9850与单片机的接口电路 (19)4.2 LCD与单片机的连接 (20)第五章软件部分设计 (21)第六章用到的数学原理 (24)6.1数学原理 (24)6.2算法比较和选择 (26)6.2.1采样回放法 (26)6.2.2查表法 (27)6.2.3泰勒级数展开法 (27)6.2.4数字正弦振荡器法 (27)6.2.5递推数列法 (28)第七章电路原理图的绘制 (31)7.1一般步骤 (31)7.2原理图的绘制 (31)结束语 (32)致谢.................................................................................. 错误！未定义书签。

第一章绪论1.1背景在电子技术领域中，也就是所谓的信号源号源有很多种，包括正弦波信号源、函数发生器、脉冲发生器、扫描发生器、任意波形发生器、合成的信号源等，经常要用一些信号作为测量基准信号或输入信号。

作为电子系统必不可少的组成部分的信号源，在很大程度上决定了系统的性能，因而常称之为电子系统的“心脏”。

近年来，随着电子技术的发展，对信号源的要求越来越高，要求其输出频率高达微波频段甚至更高，频率范围从零Hz到几GHz频率分辨率达到mHz甚至更小，相应点数更多。

频率转换时间达到ns级:频谱纯度越来越高。

传统的信号源采用振荡器，只能产生少数几种波形，自动化程度较低，且仪器体积大、灵活性与准确度差。

因此，我们对频率合成器功耗、体积、重量等也有了更高的要求而现在要求信号源能产生波形的种类多、频率高，而且还要体积小、可靠性高、操作灵活、使用方便及可由计算机控制。

所以要实现高性能的信号源，必须在技术手段上有新的突破。

直接数字频率合成器问世之初，构成DDS元器件的速度的限制和数字化引起的噪声这两个主要缺点阻碍了DDS的发展与实际应用。

近几年超高速数字电路的发展以及对DDS的深入研究，DDS的最高工作频率以及噪声性能已接近并达到锁相频率合成器相当的水平。

随着微电子技术的迅速发展，直接数字频率合成器得到了飞速的发展，它以有别于其他频率合成方法的优越性能和特点成为现代频率合成技术中的佼佼者。

于是，函数发生技术结合最新的信号生成技术（DDS），便产生了。

直接数字频率合成器问世之初，构成DDS元器件的速度的限制和数字化引起的噪声这两个主要缺点阻碍了DDS的发展与实际应用。

近几年超高速数字电路的发展以及对DDS的深入研究，DDS的最高工作频率以及噪声性能已接近并达到锁相频率合成器相当的水平。

随着微电子技术的迅速发展，直接数字频率合成器得到了飞速的发展，它以有别于其他频率合成方法的优越性能和特点成为现代频率合成技术中的佼佼者。

具体体现在相对带宽、频率转换时间短、频率分辨率高、输出相位连续、可产生宽带正交信号及其他多种调制信号、可编程和全数字化、控制灵活方便等方面，并具有极高的性价比。

现已广泛应用于通讯、导航、雷达、遥控遥测、电子对抗以及现代化的仪器仪表工业等领域。

DDS是从上世纪七十年代发展起来的一种频率合成技术，它采用数字处理模块，参照一个频率固定且精确的时钟频率源，产生频率、相位均可调的输出信号。

相对于直接法、锁相法等传统信号合成方法，DDS技术具有频率分辨率高、电路简单且易于控制的优点。

并且，DDS可输出信号的相位，在变频时，可保持相位的连续；生成的正弦/余弦正交特性好等优点。

因此基于DDS技术的函数发生器出现虽晚，但发展迅猛，市场份额日见扩大，已开始逐步取代传统的函数发生器。

信号发生器是一种常用的信号源,广泛应用于电子测量、自动控制和工程设计等领域。

随着电子技术的发展,对信号源频率的稳定度、准确度以及频谱纯度的要求越来越高。

1.2问题的提出基于AD9850信号发生器硬件设计主要有三部分组成：单片机控制电路模块、DDS波形产生模块和液晶显示模块。

难点在于要弄清楚各模块的作用，根据要求进行各模块在电路中的布置。

单片机控制电路模块，AD9850控制字的写入方式有并行和串行两种，并行写入方式的优点是数据传输的速度快,能够提升整个系统的处理速度,但占用的单片机的I/ O 口资源太多。

与并行方式相比,串行写入方式在数据传输的速度上要慢些,但它更大优点是能节省很多I/ O 口资源。

要根据实际需求选择合适的控制核心。

数字信号的输出经由D/A转换成模拟信号。

但是DDS有一个明显的缺点，输出频率接近时钟频率的一半时，采样点数就越少，输出地杂散干扰就越大。

因此选择一个高性能的滤波器尤为重要。

采用DDS芯片制作的信号源，输出信号的频率和幅度都可由微机来精确控制，常用的幅度调节方法是在DDS输出端加数字增益控制电路，或者通过改变DAC的参考电压或编程电阻来实现。

LCD具有显示内容多、电路结构简单、占用单片机资源少等特点，因此，我们要根据这特点选择其总体的设计方案论证本文提出的采用DDS作为信号发生核心器件的函数信号发生器设计方案，根据输出信号波形类型可设置、输出信号幅度和频率可数控、输出频率宽等要求，选用了美国A/D公司的AD9850 芯片，并通过单片机程序控制和处理AD9850的32位频率控制字，再经放大后加至以数字电位器为核心的数字衰减网络，从而实现了信号幅度、频率、类型以及输出等选项的数字控制。

1.3论证方案AD9850控制字的写入方式有并行和串行两种，并行写入方式的优点是数据传输的速度快,能够提升整个系统的处理速度,但占用的单片机的I/ O 口资源太多。

与并行方式相比,串行写入方式在数据传输的速度上要慢些,但它更大优点是能节省很多I/ O 口资源。

所以，本系统采用AT89S52作为控制核心，为了提高运算速度，所以采用并行方式。

低通滤波器的设计尤为重要，其性能的优劣对输出信号的质量起着重要的作用。

一般设计主要有三中常见的滤波器：巴特沃斯低通滤波器、切比雪夫低通滤波器和椭圆滤波器。

通过比较，实现相同的性能指标时，椭圆滤波器的设计阶数低而且频率特性好，但非线性相位响应最明显。

综合考虑后本设计选用5阶的椭圆滤波器。

LCD具有显示内容多、电路结构简单、占用单片机资源少等特点，因此，本设计采用1602C型LCD液晶显示屏来显示信号的类型和频率的大小。

1.4总体设计框图系统框图如图1.1所示图1.1 系统框图通过键盘对波形的频率进行控制实可行的型号。

1.2 硬件系统组成框图第二章DDS技术产生信号的基本原理2.1DDS简介直接数字频率合成技术（DDS）是从相位概念出发，直接对参考正弦信号进行抽样，得到不同的相位通过数字计算技术产生对应的电压幅度，最后滤波平滑输出所需频率。

一个数字频率合成器由相位累加器、加法器、波形存储器（ROM）、D/A转换器和低通滤波器（LPF）其工作原理如图2.1所示：图2.1 ＤＤＳ原理框图其中K为频率控制字、P为相位控制字、W为波形控制字、f c为参考时钟频率，N为相位累加器的字长，D为ROM数据位及D/A转换器的字长。

正弦函数是一个周期函数，因此它的相位值和幅值有一一对应关系。

这一关系可以通过查询ROM很容易实现，该查询表的地址线对应相位信息，数据线对应幅值信息，所以正弦信号沿轴方向等间隔取样，就得到该信号的抽样序列，并将取样值用二进制表示。

改变频率控制字时，相位增量也发生相应的改变，取样值也随之而改变，从而合成所需频率，抽样序列通过D/A转换形成量化的正弦波，最后通过滤波平滑，生成连续的标准的正弦波。

2.2频率预置与调节电路K被称为频率控制字，也叫相位增量。