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1、本科学生毕业设计基于CortexM0的DDS信号发生器的设计 系部名称： 专业班级： 学生姓名： 指导教师： 职 称： 教 授 黑 龙 江 工 程 学 院二一二年六月lThe Graduation Design for Bachelors Degree Design of DDS signal generator based on Cortex-M0 Candidate：Speccialty：Measurement & Control Technology and InstrumentationClass：Supervisor：Professor Han XichunHeilongjiang
2、Institute of Technology2012-06Harbin黑龙江工程学院本科生毕业设计摘 要DDS是一种新的频率合成方法，是频率合成的一次革命。全数字化的DDS技术由于具有频率分辨率高、频率切换速度快、相位噪声低和频率稳定度高等优点而成为现代频率合成技术中的佼佼者。随着数字集成电路、微电子技术和EDA技术的深入研究，DDS技术得到了飞速的发展。ARM Cortex-M0处理器是现有的最小、能耗最低和能效最高的ARM处理器。该处理器硅面积极小、能耗极低并且所需的代码量极少，而且是一款32位的RISC处理器，16位的Thumb指令集，代码密度高。本文在深入分析DDS的原理和各类型号D
3、DS芯片特点的基础上,设计完成了一套基于Cortex-M0的直接数字式频率合成系统。系统采用模块化的结构,深入地研究了DDS芯片AD8952的频率合成电路。为了获得高质量的输出信号,系统中应用了多个噪声抑制电路,包括控增益放大器AD8370，它正好与AD9852差分DAC输出相匹配，信号经过此芯片不仅能改善正常状态的谐波抑制,同时可以提高共模抑制能力的处理；一个7阶椭圆滤波电路进行低通滤波以及一款高性能、低噪声的集成运放放大电路AD811。关键词：直接数字频率合成；Cortex-M0；AD9852；滤波电路；放大电路；IAbstractDDS is a new frequency synthe
4、sis method, is a revolution in frequency synthesis. Full digital DDS technology has high frequency resolution, fast frequency switching speed, low phase noise and frequency stability and high frequency synthesis technology in modern leader. With digital integrated circuits, microelectronics technolo
5、gy and EDA technical research, DDS technology has been rapid development.The ARM Cortex-M0 processor is the current minimum, the lowest energy consumption and energy efficiency highest ARM processor. The processor silicon area, low energy consumption and the minimum amount of code required is minima
6、l, and is one of the 32bits of the RISC processor,16 Thumb instruction set, high code density.Based on the analysis of the principle of DDS and various models of DDS chip on the basis of the characteristics, design a set of Cortex-M0 based on direct digital frequency synthesis system. The system ado
7、pts modular structure, in-depth study of the DDS chip AD8952frequency synthesis circuit. In order to obtain high quality output signal, system the application of multiple noise suppression circuit, including controlled gain amplifier AD8370, it coincides with the AD9852DAC differential output signal
8、 after matching, this chip can improve not only the normal state of harmonic suppression, and can simultaneously improve the common-mode suppression ability of processing; a7order elliptic filter circuit low pass filter and a high performance, low noise operational amplifier amplifying circuit AD811
9、.Key word ：Direct Digital Frequency Synthesis；Cortex-M0；AD9852；Filter circuit r；Amplifying circuit目 录摘 要3Abstract4第1章 引 言11.1频率合成技术的发展11.2直接数字频率合成技术简介21.3DDS技术的国内外现状及发展趋势31.4课题研究的目的及意义41.5系统的主要内容以及技术指标4第2章 系统硬件设计及总体方案62.1DDS的原理框图62.2题目分析及方案论证62.3实现DDS的三种技术方案82.4元器件选型92.4.1主控制器的选型92.4.2显示器的选型92.5总体方案
10、的确定102.6本章小结10第3章 DDS硬件电路及各功能模块的设计113.1控制电路的最小系统113.1.1LPC1114概述及特性113.1.2最小系统原理图113.2波形产生电路123.3输出调整电路153.3.1滤波电路153.3.2放大电路163.4键盘与显示电路183.4.1键盘183.4.2LCD显示193.6本章小结20第4章 系统软件的设计214.1软件开发环境214.2主函数说明214.4 本章小结22结束语23参考文献24致 谢26附 录27附录A电路原理图27附录B程序代码28第1章 引 言 1.1频率合成技术的发展 频率合成技术的理论形成于二十世纪三十年代左右到现在大
11、概经历了三代的发展过程。 第一代 直接模拟频率合成(DAFS)技术 直接模拟频率合成（Direct Analog Frequency Synthesis）技术是一种早期的频率合成技术，原理简单、易实现。它由模拟振荡器产生参考频率源，再经谐波发生器产生一系列谐波，然后经混频分频和滤波等处理产生大量的离散频率，根据所使用的参考频率的数目不同，可分为非相关合成方法和相关合成方法两种类型。非相关合成方法使用多个晶体参考频率源，所需的各种频率分别由这些参考源提供；它的缺点在于制作具有相同频率稳定性和精度的多个晶体参考频率源既复杂又困难，而且成本很高；相关合成方法只是用一个晶体参考频率源，所需的各种频率都
12、由它经过分频混频和倍频后得到，因而合成器输出频率的稳定性和精度与参考源一样。直接模拟频率合成方法的优点是频率转换时间短、相位噪声低，但由于采用大量的混频分频倍频和滤波等模拟硬件设备使频率合成器的体积大、成本高、结构复杂、容易产生杂散分量，大多数硬件的非线性影响难于抑制。 第二代 基于锁相环PLL的间接频率合成技术 锁相环是间接频率合成技术中的一个关键部分。它是一个负反馈环路是一个实现相位自动锁定的控制系统，其输出信号与参考信号相位同步简称PLL(PhaseLocked Loop)。锁相环主要由鉴相器、低通滤波器和压控振荡器三部分组成，鉴相器通过比较压控振荡器的输出信号和参考信号从而产生相位控制
13、信号。相位控制信号通过低通滤波器后直接控制压控振荡器的输出，当输出信号与参考信号相位一致时，锁相环输出信号锁定参考信号，环路进入锁定状态，此时输出信号取得和参考信号一致的频率和相位；当环路已经处于锁定状态时，如果输入参考信号的频率和相位发生变化，通过环路的控制作用，压控振荡器的频率和相位能不断跟踪输入参考信号频率的变化而变化，使环路重新进入锁定状态，这种动态过程称为环路的跟踪过程。 第三代 直接数字频率合成技术 为了取得更快的频率转换速度，随着数字技术的发展十九世纪七十年代美国人J.Tiermcy提出了直接数字频率合成(Direct Digital Frequency Synthesis)的概
14、念和主要原理。出现了直接数字频率合成技术导致了第二次频率合成技术的飞跃，称之为第三代频率合成技术。第三代频率合成技术包括直接数字频率合成技术和DDFS技术与锁相环（PLL）技术相结合的混合式频率合成技术。直接数字频率合成技术是一种新的频率合成方法、是频率合成技术的一次革命。直接数字频率合成的思想由美国学者J.Tierney C.M.Rader和B.Gold三人于1971年首次提出。但由于受当时微电子技术和数字信号处理技术的限制，DDFS技术在当时并没有受到足够重视，而仅仅是在理论上进行了一些探讨。随着电子工程领域的实际需要以及数字集成电路和微电子技术的发展DDFS技术在理论上的探讨和在实际中的
15、应用都得到了飞速的发展并日益显露出它的优越性。 DDS是一种全数字化的频率合成技术，其基本原理由相位累加器、波形存储器、D/A转换器和低通滤波器构成。时钟频率fc给定后，输出信号的频率取决于频率控制字K，频率分辨率取决于累加器位数N，相位分辨率取决于波形存储器的地址线位数A，幅度量化噪声取决于波形存储器的数据位字长和D/A转换器的位数M，这样合成信号的三个参量频率相位和幅度便均可由数字信号精确控制从而达到了全数字化合成的目的。1.2直接数字频率合成技术简介DDS芯片中主要包括频率控制寄存器、高速相位累加器和正弦计算器三个部分（如Q2220）。频率控制寄存器可以串行或并行的方式装载并寄存用户输入的频率控制码；而相位累加器根据频率控制码在每个时钟周期内进行相位累加，得到一个相位值；正弦计算器则对该相位值计算数字化正弦波幅度（芯片一般通过查表得
