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1、梧 州 学 院毕 业 论 文论文题目 基于DDS的信号发生器 系 别 电子信息工程系 专 业 电子信息工程 班 级 06电本6班 学 号 0600604616 学生姓名 梁平 指导教师（签名） 完成时间 2010 年 1 月摘要本文论述了直接数字频率合成技术(DDS)的信号发生器的设计与实现。本设计以DDS芯片AD9850为频率合成器，以AVR单片机ATmega16为进程控制和任务调度核心，用AD603实现增益控制（AGC）和功率放大，串行数模转换器(D/A)MAX531实现方波占空比调节，并用LCD12864液晶显示及键盘构成幅度、频率、方波占空比均可调的函数信号发生器。在对AD9850频率
2、控制字及参数的计算、增益控制、方波占空比调节、两相正弦波相位差调节、LCD显示原理、底层驱动程序等简要讨论的基础上进行了研究，提出了该设计中所涉及到的问题以及解决方案，该信号发生器输出正弦波信号频率范围为1Hz12MHz，方波信号频率范围为500Hz500KHz；步进1Hz，10Hz，100Hz，lkHz，10kHz,100kHz，1MHz可键盘选取；正弦波的电压峰峰值可以在15V范围内步进调节，幅度调节精度达0.1V；方波占空比从1090可任意设定；此外，该信号发生器能同时产生两相正弦波，相位差可以是0，45，90。测试表明，该DDS信号发生器具有工作稳定、精度高、失真度小、频率范围大、步进
3、选择多、控制灵活的优点，具有广泛的实际应用前景。关键词：DDS芯片AD9850AVR单片机幅度调节占空比调节AbstractThis article elaborated the signal generating device design and the realization of the Direct Digital Frequency Synthesis Technology (short for DDS). The design regards DDS chip AD9850 as frequency synthesizer, with AVR Microcontroller (M
4、CU) ATmega16 for the processing control and task scheduling, and with AD603 to realize the gain control and power amplification (AGC), and with serial DAC (D/A) MAX531 to come to square-wave duty cycle regulation, then using LCD12864 liquid crystal display and keyboard to composite the function sign
5、al generation with adjusted amplitude, frequency, duty cycle wave.I would like to propose the involving issues and resolving proposals on the basis of simply researching of words and parameters counted with AD9850 control, gain control and duty cycle wave regulation, two phase sine wave phase differ
6、ence adjustment, LCD displaying principle, low-level drivers. The sine wave signal rate outputting from signal generator is 1 Hz2 MHz: square signal rate is 500Hz500KHz; the step-by-step can be choose from keyboard by 1Hz, 10Hz, 100Hz, 1kHz, 10kHz, 100kHz, 1MHz; sine wave voltage peak can be adjuste
7、d ranging from 1 to 5V by step, amplitude modulation reaches 0.1V; duty cycle wave can be enacted arbitrarily; besides, the signal generator can create two sine wave at the same time, and the difference can be 0,45,90. It shows that DDS signal generator gets the virtues of stable working, high accur
8、acy, small distortion, large frequency range, multi-step selection, flexible control, owning a wide prospect of practical application.Key words: DDS chip AD9850AVR MCUamplitude regulationduty cycle wave目录第一章绪论11.1DDS技术概述11.2AVR单片机概述21.3课题内容和要求31.4设计的技术要求与数据3第二章设计原理与方案论证42.1频率合成器的方案论证与选择42.2主控芯片的方案论证
9、和选择52.3显示模块的方案论证与选择52.4系统总体结构框图6第三章系统硬件设计83.1电源电路83.2ATmega16单片机最小系统93.2.1键盘接口设计103.2.212864接口设计103.2.3 ATmega16复位电路113.3直接数字频率合成的介绍113.4DDS基本工作原理123.5AD9850简介及其与单片机的接口123.6AD9850在本系统的电路设计143.7方波占空比调节电路153.8AD603的原理及应用163.8.1AD603引脚排列、功能及极限参数163.8.2AD603的内部结构及原理173.8.3AD603增益放大电路183.9MAX531简介及电路设计18
10、3.10MC1403简介及应用19第四章系统软件设计214.1系统软件总体设计214.1.1监控程序224.1.2数据处理程序224.1.3测量控制程序224.3键盘监控程序224.4AD9850数据处理程序234.5AD603增益控制程序25第五章系统测试与总结275.1测试环境与相关仪器275.2测试方法275.2.1单片机小系统模块调试275.2.2AD9850波形输出调试275.2.3系统统调275.3测试数据285.4数据分析说明295.5总结28第六章结束语30致谢30参考文献31附录32IV第一章绪论直接数字频率合成器（Direct Digital Frequency Synth
11、esis简称DDS或DDFS）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，它以有别于其它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姣姣者。具体体现在相对带宽宽、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
12、及现代化的仪器仪表工业等领域。1.1 DDS技术概述直接数字频率合成技术的出现改变了以往的采用RC振荡电路、直接频率合成、锁相环等传统的频率合成方法，它以固定的精确时钟源为基准，利用数字处理模块产生频率和相位均可调的输出信号。实质上它是按照可编程频率控制字所设定的比例因数，在DDS体系结构中对参考时钟源进行分频，得到所需频率的信号。典型的频率控制字一般为24-48位长，用来提供更优越的频率分辨率，实现DDS技术。使用DDS技术得到的合成信号不仅信号的频率切换速度快，便于程控。随着科学技术的发展和测量技术的进步，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，普通的信号发生器已无法满足目
13、前日益发展的电子技术领域的生产调试需要。直接数字频率合成（DDS）是近年来发展迅猛的一种新的频率合成技术。使用DDS 可以很方便的产生多种简单信号和调制信号，结合单片机可以构成性价比较高的数字合成信号源。相对于传统信号源具有频率分辨率高、频率切换速度快、切换相位连续、输出信号相位噪声低、可编程、全数字化易于集成、稳定度高、功耗小、精度高、可扩展性好等优点。基于DDS 技术的信号发生器是一类新型信号源,数字合成信号源目前已经成为信号源主流，在各个领域具有广泛的应用前景。本文在介绍DDS 原理的基础上，重点介绍利用DDS 技术采用AVR单片机ATmega16控制AD9850芯片实现多功能信号发生器
14、的设计。1.2 AVR单片机概述近十几年来，单片机在生产过程控制、自动检测、数据采集与处理、科技计算、商业管理和办公室自动化等方面获得了广泛的应用。单片机具有体积小、重量轻、耗能小、价格低、可靠性高和运用灵活等优点，因此也广泛应用于卫星定向、汽车火花控制、交通自动管理和微波炉等专用控制上。近几年来，单片机的发展更为迅速，它已渗透到诸多学科的领域，以及人们生活的各个方面。高可靠性、功能强、高速度、低功耗和低价位，一直是衡量单片机性能的重要指标，也是单片机占领市场、赖以生存的必要条件。早期单片机由于工艺设计水平不高、功耗高和抗干扰性能差等原因，所以采取稳妥方案，即采用较高的分频系数对时钟分频，使得
15、指令周期长，执行速度慢。以后的CMOS单片机虽然采用提高时钟频率和缩小分频系数等措施来提高单片机运行速度，但这种状态并未被彻底改观(如MCS51以及其改进型)。AVR单片机的推出，彻底打破了这种旧的设计格局。它飞出了机器周期，抛弃了复杂指令集计算机追求指令完备的做法，采用精简指令集，以字作为指令长度单位，将内容丰富的操作属于操作码安排在一字之中，取指令周期短，有可预取指令，实现流水作业，故可高速执行指令。当然这种速度上的升跃，是以高可靠性为其后盾的。AVR单片机硬件结构采取8位机和16位机的折中策略，即采用局部寄存器存堆和单体高速输入/输出的方案。提高了指令执行速度，克服了瓶颈现象，增强了功能，同时又减少了对外设管理的开销，相对简化了硬件结构，降低了成本。故AVR单片机在软硬件开销、速度、性能和成本诸多方面取得了优化平衡，是高性价比的单片机。AVR系列单片机是
