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1、本科生毕业设计（论文）中文题目： 数字式函数信号发生器设计 英文题目： A DESIGN OF FUNCTION SIGNAL GENERATOR BASED ON DDS 院 系： 专 业： 姓 名： 学 号： 指导教师： 完成时间： 景德镇陶瓷学院本科生毕业设计（论文）摘 要直接数字合成是一种新的频率合成方法,是频率合成技术的一次革命,随着数字频率集成电路和微电子技术的发展,直接数字频率合成技术日益显露出它的优越性。本文利用直接数字频率合成器(DDS)与单片机控制技术,研制和设计了高频率、高稳定度的函数信号发生器。在系统总体方案设计中,将DDS信号发生器分成8个模块:键盘模块、单片机模块、
2、显示模块、DDS模块、电源模块、采样保持与A/D转换模块、低通滤波器模块和放大模块，按模块进行软硬件设计。系统的硬件设计，完成了系统的硬件总体设计,并对具体实现电路进行详细的分析和设计。在系统软件设计中,对系统软件的主要功能按模块进行了介绍。关键词：信号发生器 DDS 单片机 频率 设计 ABSTRACT The Direct Digital Frequency Synthesis is a kind of new frequency synthesis method and also a revolution in the frequency synthesis techniques. Wi
3、th the development of digital integrated circuits and microelectronic techniques, DDS exhibits its advantages day by day. This Paper introduces a high frequency and high stability signal generator design based on MCU control technology and direct digital synthesis (DDS). In the over all system desig
4、n, the DDS signal generators would be classified into 8 module: keyboard module, single chip module, display module, DDS module,power module,sample and hold module,A/D converse module,low-Pass filter module and amplification module,where both software and hardware design are accomplished according t
5、o each module.In the design of system hardware,specific analysis and design for how to realize the electric circuits had been carried out.In the design of system hardware,specific analysis and design for how realize the electric circuits had been carried out. In the design of system software,their m
6、ain functions were introduced according to module.KEYWORDS: signal generator; DDS; MCU; frequency; design目 录摘 要IABSTRACTII目 录III1 绪论11.1 选题背景11.2 DDS技术的研究现状与发展趋势21.3 选题研究的目的及意义31.4 研究内容及目标42 DDS信号源设计技术基础52.1 频率合成技术52.1.1 频率合成技术指标：52.2 直接数字频率合成原理62.2.1 DDS结构62.2.2 DDS的工作原理82.2.3 DDS数学原理92.3 DDS性能特点11
7、2.4 DDS芯片AD9850122.4.1 AD9850简介122.4.2 AD9850的控制字与控制时序152.4.3 AD9850频率稳定度及频率准确度183.1 系统总体硬件框图193.2 MCU主控部分硬件设计203.2.1 AT89C52的功能和结构213.2.2 AT89C52的I/O口规划213.3 AD985O外围电路设计233.3.1 晶振的选择233.3.2 AD9850电源模块的设计243.3.3 AD985O接口电路243.3.4 滤波电路263.4采样保持与A/D转换电路293.4.1采样保持电路293.4.2 A/D转换303.5输入输出接口电路设计323.5.1
8、输入接口电路设计323.5.2输出接口电路设计333.6 功率放大器393.7 电源模块设计404.1 软件总体流程424.2 系统初始化434.2.1 AD9850初始化子程序434.2.1 max7219初始化子程序434.3 键盘扫描及按键识别子程序444.4 波形数据产生504.4.1 AD985O控制字的计算504.4.2 控制字转化子程序514.4.3 控制字传送子程序524.5 A/D转换子程序534.5八选一子程序（只用六选一）554.6 其它子程序564+1 结论574+2 经济分析与报告59致谢60参考文献61附录A 总程序62附录B 原理图原件清单73IV1 绪论1.1
9、选题背景在电子技术领域中,经常要用一些信号作为测量基准信号或输入信号,也就是所谓的信号源。信号源有很多种,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、合成信号源等。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”。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,相应频点数更多;频率转换时间达到ns级:频谱纯度越来越高。同时,对频率合成器功耗、体积、重量等也有更高的要求。而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
10、,且仪器体积大、灵活性与准确度差。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。当今高性能的信号源均通过频率合成技术来实现,随着计算机、数字集成电路和微电子技术的发展,频率合成技术有了新的突破,直接数字频率合成技术(Direct Digital Synthesis DDS),它是将先进的数字信号处理理论与方法引入到信号合成领域的一项新技术,它的出现为进一步提高信号的频率稳定度提供了新的解决方法。同时,随着微电子技术的迅速发展,尤其是单片机技术的发展,智能仪器也有了新的进展,功能更加
11、完善,性能也更加可靠,智能程度也不断提高,直接数字式频率合成技术的出现导致了频率合成领域的一次重大革命。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、
12、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。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。DDS(直接数字合成)技术是从相位概念出发直接合成所需波形的一种新的频率合成技术,与传统的模拟式波形产生法相比,它具有相位变换连续、频率转换速度快、分辨率高、稳定度高、相位噪声小、便于集成、易于调整及控制灵活等多种优点。基于DDS技术的信号发生器是一类新型信号源,它已成为众多电子系统中不可缺少的组成部分。1.2 DDS技术的
13、研究现状与发展趋势自20世纪80年代以来各国都在研制DDS产品,并广泛地应用于各个领域。其中以ADI公司的产品比较有代表性,如AD7008、AD9850、AD9851、AD9852、AD9858等。其系统时钟频率从30MHz到300MHz不等,其中的AD9858系统时钟更是达到了1GHz,这些芯片还具有调制功能。如AD7008可以产生正交调制信号,而AD9852也可以产生FSK(Frequency Shift Key)、PSK(Phase Shift Key)、线性调频以及幅度调制的信号。这些芯片集成度高,内部都集成了D/A转换器,精度最高可达12bit。同时都采用了一些优化设计来提高性能,如
14、这些芯片中大多采用了流水技术,通过流水技术的使用,提高了相位累加器的工作频率,而使得DDS芯片的输出频率可以进一步提高。通过运用流水技术在保证相位累加器工作频的前提下,相位累加器的字长可以设计得更长,如AD9852的相位累加器达到了48bit。这样输出信号的频率分辨率大大提高了。运用DDS技术生产的DDS任意波型信号发生器是较新的一类信号源并且已经广泛投入使用。它不仅能产生传统函数信号发生器能产生的正弦波、方波、三角波、锯齿波,还可以产生任意编辑的波形。由于DDS的自身特点,还可以很容易的产生一些数字调制信号,如FSK、PSK等。一些高端的信号发生器甚至可以产生通讯信号。同时输出波形的频率分辨率、频率精度等指标也有很大的提高。如HP公司的 HP33120可以产生10mHz一15MHz的正弦波和方波。同时还可以产生10mHz一5MHz的任意波形,任意波形深度 16K点。采样率40M,还具备了调制功能,可以产生AM、FM、FSK、碎发、扫频等信号。HP公司的HP33250可以产生1uHz一80MHz的正弦波和方波,产生1uHz一25MHz的任意波形,任意波形深度64K点,采样率200M,同时也具备了AM、FM、FSK、碎发、扫频等功能。BKPRECISION公司的4070A
