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1、基于AD9833的信号发生器的设计,专 业：电子信息工程 答辩人：何青山 导 师：赵伟志,中南林业科技大学计算机与信息工程学院 2010年5月20日,论文题目：,答辩提纲,课题研究意义及任务 DDS的基本原理 设计思路 硬件电路设计 软件设计 致谢,1.1课题研究意义,频率合成器技术是现代电子系统中的一项关键技术，频率合成器作为雷达、通信、电子对抗等电子系统的重要基础设备，总是对这些系统某些主要指标的最终性能起着决定性的影响。直接数字频率合成器(DDS)是近年来迅速发展起来的新的频率合成方法，它将先进的数字信号处理理论与方法引入频率合成领域，从相位的概念出发，采用了数字采样技术进行信号合成。与
2、其它频率合成方法相比，直接数字频率合成器(DDS)具有频率转换速度快，频率分辨率高，输出相位连续，可编程和全数字化便于集成等突出优点，因此，它得到了越来越广泛的应用，成为众多电子系统中不可缺少的组成部分。美国AD公司推出的高集成度频率合成器AD9833便是采用DDS技术的典型产品之一。,1.2课题任务,AD9833型可编程波形发生器是采用第三代频率合成技术-直接数字频率合成技术,以“相位”的概念进行频率合成,不仅可以产生不同频率的正弦波,而且可以控制波形的初始相位,还可以产生三角波和方波。本文采用单片机控制AD9833芯片，设计实现了一种高精度多波形的信号源。 系统功能要求 （1）信号发生器能
3、产生正弦波、方波和三角波三种周期性波形。 （2）输出信号频率在10Hz1MHz范围内可调，输出信号频率可分段调 节：在10Hz1KHz范围内步进间隔为10Hz；在1KHz1MHz范围内步进间隔为1KHz。输出信号频率稳定度优于10-3。 （3）在50负载条件下，输出正弦信号的电压峰-峰值Vopp 在05V范 围内可调，调节步进间隔为0.1V，输出信号的电压值可通过键盘进行设置。 （4）输出信号波形无明显失真，可实时显示输出信号的类型、幅度、频率和频率的步进值。,2.DDS的基本原理,2.1 DDS的基本原理 DDS的基本原理是利用采样定理，通过查表法产生波形。DDS的结构有很多种，其基本的电路
4、原理可用图2.1来表示,DDS 技术的核心是相位累加器，它类似一个计数器，每来一个时钟信号，相位累加器的输出就增加一个步长的相位增加量，相位增加量的大小由频率控制字确定。信号波形的数据表包含待产生信号一个周期的幅度相位信息，从数据表中读出相位累加器输出相位信号值对应的幅度数据，通过DAC将该数据转换成所需的模拟信号波形输出。相位累加器的相位累加为循环迭加，这样使得输出信号的相位是连续的。相位累加器进行线性相位累加，累加满量时产生一次计数溢出，这个溢出率即为输出信号的频率。频率控制字内的相位增加量越大，相位累加器的溢出率越高，输出信号的频率越高。设相位累加器的位数为N，频率控制字内的相位增量为M
5、，参考时钟频率为，则DDS系统输出信号的频率为：,DDS的基本原理,输出信号的频率分辨率为 由取样定理，所产生的信号频率不能超过时钟频率的一半，在实际运用中，为了保证信号的输出质量，输出频率不要高于时钟频率的33%,以避免混叠或谐波落入有用输出频带内。在图2.1中，相位累加器输出位并不全部加到查询表，而要截断。相位截断减小了查询表长度，但并不影响频率分辨率，对最终输出仅增加一个很小的相位噪声。DAC分辨率一般比查询表长度小24位。 DDS的最小分辨率为： 这个增量也就是最低的合成频率。最高的合成频率受奈奎斯特抽样定理的限制，所以有： 与PLL不同,DDS的输出频率可以瞬时地改变,即可以实现跳频
6、，这是DDS的一个突出优点，用于扫频测量和数字通讯中，十分方便。,3.设计思路,本系统以直接数字频率合成（DDS）芯片AD9833与89S52单片机相结合，采用数字方法实现信号发生器。该系统主要由四个模块组成：控制模块、键盘显示模块、幅度控制模块和功率放大模块。控制模块主要通过编程来实现对DDS的输出波形、幅值及频率的控制。显示模块采用LCM1602液晶显示。幅度控制模块采用AD8320可编程增益放大器和D/A转换芯片TLC7528实现，功率放大电路采用高速缓冲BUF634来实现 。系统框图如下。,4.1 单片机最小系统,CPU是整个硬件电路的核心模块，其它模块工作和运行都由它直接控制。单片机
7、89S52作为核心部分，外围硬件电路比较少。本系统采用89S52作为控制核心。,4.2 键盘显示模块,本系统的键盘显示的管理采用独立式键盘。显示部分，可以采用LED和LCD两种方式，由于LCD显示可以显示所有字符及自定义字符，并能同时显示多组数据和汉字，字符清晰，更加符合本设计，因此选用LCD显示。LCD1602是51单片机的基本应用，其实驱动程序做成模板的话，以后就直接调用就行啦，会省掉很多时间。 基本操作时序： 1） 读状态：输入：RS=L,RW=H,E=H 输出：D0D7=状态字 2） 写指令：输入：RS=L,RW=L,D0D7=指令码,E=高脉冲 输出：无 3） 读数据：输入：RS=H
8、,RW=H,E=H 输出：D0D7=数据 4） 写数据：输入：RS=H,RW=L,D0D7=数据,E=高脉冲 输出：无 初始化过程（复位过程）： 1）延时15ms,2）写指令38H(不检测忙信号) 3）延时5ms 4）写指令38H(不检测忙信号) 5）延时5ms 6）写指令38H(不检测忙信号) 7）(以后每次写指令、读/写数据操作之前均需检测忙信号) 8）写指令38H：显示模式设置 9）写指令08H：显示关闭 10）写指令01H：显示清屏 11）写指令06H：显示光标移动设置 12）写指令0CH：显示开及光标设置,LCM1602有两种方式驱动，8051系列总线方式和8051系列模拟口线方式。
9、 1.8051系列总线方式：,LCM1602除了总线方式控制外，还可以用模拟口线方式控制，模拟口线线路图如下：,4.3 波形发生器模块,（1） AD9833介绍简单介绍 AD9833是ADI公司生产的一款低功耗、可编程波形发生器，能够产生正弦波、三角波、方波输出。波形发生器广泛应用于各种测量、激励和时域响应领域。AD9833无需外接元件，输出频率和相位都可通过软件编程，易于调节。频率寄存器是28位的，主频时钟为25 MHz时，精度为0.1 Hz；主频时钟为1 MHz时，精度可以达到0.004 Hz可以通过3个串行接口MCLK,SDATA和SCLK将数据写入AD9833，这3个串口的最高工作频率
10、可以达到40NHz，易于与DSP和各种主流微控制器兼容AD9833的工作电压范围为2.3 V5.5 V。 AD9833还具有休眠功能，可使没被使用的部分休眠，减少该部分的电流损耗。例如，若利用AD9833输出作为时钟源，就可以让DAC休眠，以减小功耗。该电路采用10引脚MSOP型表面贴片封装，体积很小。其引脚功能图如下所示,AD9833的接口电路设计,4.4 幅度控制模块,AD8320的介绍 增益控制模块采用AD8320芯片，该芯片为一种功率可控制的功率放大器，8bit数字控制增益，增益范围可达36 dB(一1026dB)，五/五/lsb的线性增益响应，0.20分贝增益精度增益变化范围是36，
11、线性连续变化，增益误差为0.20dB，低噪声，固定的增益缓冲，低失真，高功率。 该AD8320采用20引脚SOIC和运作+5 V单电源通过12 V电源，并有一个业务温度范围为-40至+85 。相对于由继电器或模拟开关与运放的增益可控放大器来说，这里采用的电路相对比较简单，所采用的元器件比较少，调试起来比较容易。电路设计如图所示,4.5 功率放大模块,为了达到系统要求，这里采用OPA604芯片与BUF634芯片相结合。OPA604是一个场效应管输入运算放大器，非常低失真（0.0003 1khz），低噪声（10nv / 赫兹）和高带宽（宽增益带宽：为20mhz）。这方面也满足了此次设计对频率范围的要求。采用BUF634，频带范围宽，0.1Hz30MHz，可以满足该系统对输出信号频率范围（10Hz1MHz）的要求。BUF634是一高速的单位增益开环放大器，应用范围广，它可以用在放大器的反馈环中来增大输出电流，消除热反馈和提高容性负载驱动能力，输出电路由内部的电流限制和热关断进行完全保护，使得它耐振而且容易应用。功率放大模块的电路如下.,5软件流程图,感谢各位专家！,感谢中南林业科技大学对我的培养， 感谢各位老师、同学， 感谢指导老师赵伟志老师,5 软件流程图,
