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1、目 录摘要IAbstractII第1章 绪 论1 1.1 研究背景1 1.2 本课题研究目标1 1.3 总设计框图2第2章 直接数字频率合成的技术原理3 2.1 DDS简介3 2.2直接数字频率合成的技术指标3 2.3 DDS的基本结构与原理4 2.3.1 DDS的基本结构4 2.4 DDS的优缺点6 2.4.1 DDS的优点6 2.4.2 DDS的缺点7 2.5 非理想状态下的杂散以及抑制方法7 2.5.1 DDS杂散来源7 2.5.2 DDS杂散抑制方法10第3章 硬件电路设计12 3.1单片机控制12 3.1.1 STC89C52简介12 3.1.2 STC89C52引脚功能13 3.1
2、.3 STC89C52最小系统15 3.2 DDS芯片简介16 3.3 AD9854的工作模式21 3.4 AD9854与MCU的接口25 3.4.1 AD9854电源电路26 3.5 DDS输出电路设计27 3.5.1低通滤波与幅度调节电路27 3.5.2 三角波产生电路29 3.5.3 串行通信30第4章 软件部分设计31 4.1软件总体设计31 4.1.1 串行通信子模块32 4.1.2 PC上位机模块33第5章 系统调试37结 论38参考文献39致 谢40附 录4141基于DDS的多波形发生器的研究与设计摘要：DDS器件采用了高速数字电路和高速D/A转换技术，具备了频率转换时间短、相对
3、带宽宽、频率分辨率高、相位输出连续以及相位可快速切换等优点，可以实现对信号的全数字式调试。而且，由于DDS是数字化高密度集成电路产品，芯片体积小、功耗低，因此用DDS构成高性能频率合成的信号源来取代传统的频率信号源是未来的趋势。STC89C52是STC公司生产的一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有 8K 在系统可编程Flash存储器。STC89C52使用经典的MCS-51内核，但做了很多的改进使得芯片具有传统51单片机不具备的功能。在单芯片上，拥有灵巧的8 位CPU 和在系统可编程Flash，使得STC89C52为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、超有效的解决方案。本设计以51单片机及
4、DDS芯片AD9854为核心，采用直接数字合成技术来完成多功能信号发生器的设计。设计中采用DDS合成FSK、BPSK、方波和正弦波信号，最后所测波形基本上达到了任务书的要求。关键词：DDS技术；AD9854；信号源；单片机Research and Design of Multi-Waveform Generator Based on DDSAbstract：DDS devices are the high-speed digital circuit and high speed A / D conversion technology, with the frequency conversion
5、 time is short, relatively wide bandwidth, high frequency resolution, phase output continuity and phase can be fast switch etc. can achieve the signal digital debugging. And because a DDS is digital high density integrated circuit products, chip has the advantages of small volume, low power consumpt
6、ion, so using DDS constitute high performance frequency synthesizer signal source to replace the traditional frequency signal source is the trend of the future.STC89C52 is a kind of low power consumption, high performance CMOS eight bits microcontroller with STC, and has 8K in system programmable Fl
7、ash memory. STC89C52 use the classic MCS-51 kernel, but made a lot of improvements make the chip with the traditional 51 microcontroller do not have the function. On the single chip, with the smart 8 bit CPU and programmable Flash in the system, making STC89C52 for many embedded control application
8、system to provide high and flexible, ultra effective solution.This design takes 51 single chip microcomputer and AD9854 chip DDS as the core, and uses direct digital synthesis technology to design the multi-function signal generator. DDS synthesis of FSK、BPSK 、Square wave and Sine wave signal is use
9、d in the design, and the final waveform is basically achieved the requirements of the mission book.Keywords: DDS; AD9854; Signal source; MCU基于DDS的多波形发生器研究与设计第1章 绪 论1.1 研究背景频率合成技术起源很早，早在二十世纪三十年代便开始出现。所谓频率合成就是将一些高稳定度、具有一定相位特征的频率源经过电路上的倍频、混频、分频等信号处理然后对其进行数学意义上的加、减、乘、除等四则运算，从而产生任意的具有同样精确度的频率源。当今频率合成技术大致
10、分为三种，即直接模拟频率合成法、间接频率合成法（锁相环路法）、直接数字频率合成。其中间接频率合成法包括脉冲控制锁相法、模拟锁相环路法、数字锁相环路法，本文主要介绍直接数字频率合成法，即DDS（Digital Direct Frequency Synthesis）。DDS技术是1971年3月由美国学者J.Tiereny和C.M.Radar等人首次提出的，但是由于当时技术条件的限制没有能引起足够的重视。它是一种任意波形发生器，DDS技术真正得到认可是在上世纪90年代，随着电子技术和数字集成电路技术的不断发展给DDS提供了技术平台，使得DDS的优越性不断体现，得到了越来越多的认可。AD公司生产的AD
11、9851、AD9854、AD9858等都是典型代表，它们功能强大且性能稳定，其系统时钟频率从30MHz到1GHz不等，在芯片内部还做了抑制杂散的处理，它们不仅能产生传统的三角波、方波、锯齿波，而且还可以产生任意波形，因此很适合做各种调制方式分析。任意波形发生器除了具有一般函数发生器具有的信号发生功能以外，还可以通过PC控制和手动设置方法产生任意波形，合成和还原任意波形信号。1.2 本课题研究目标在DDS理论基础上通过STC89C52芯片来实现对DDS芯片AD9854的控制并产生正弦波、方波、FSK、BPSK信号波形。本文的技术指标如下：(1)工作频率范围：10Hz80MHz；(2)频率分辨率：
12、0.05Hz；(3)输出幅度：010V；(4)相位噪声：优于-85 dBc/Hz (Af=5KHZ)； 优于-90 dBc/Hz (Af=50KHz)；1.3 总设计框图 本文的设计框图如下1.1所示：STC89C52AD9854低通滤波电路运放方波积分器三角波正弦波FSKBPSK图1.1 系统总设计框图第2章 直接数字频率合成的技术原理2.1 DDS简介直接数字频率合成技术是从相位概念出发直接合成所需波形的一种新技术。它在众多领域中都有着广泛的应用。1971年3月美国学者J.Tiereny、C.M.Radar和B.Gold首次提出了直接数字频率合成（DDS-Direct Digital Sy
13、nthesis）技术的观点。这是一种从相位概念出发的直接合成所需要波形的频率合成技术。同传统的频率合成技术相比，DDS具有优良的频率分辨率、相位变化连续、相位噪声低的优点，因此也非常重要的发展。2.2 直接数字频率合成的技术指标直接数字频率合成（DDS）是将先进的数字处理理论与方法引入频率合成的一项新技术，DDS把一系列数字量形式的信号通过数/模转换器转换成模拟量形式的信号。它可以提供广阔的输出频率、精细的频率分辨率和操作快速切换。随着电子设计和工艺技术的进步，现在的DDS器件有着非常紧凑和很少的功率消耗。在许多行业中，能够准确地产生和控制各种频率的任意波形已经成为了一个关键的要求。能否提供灵
14、活的低相位噪声以及可变频率的信号源，在工业以及生物医学测试设备的应用上，方便、结构简单、成本低、高精度是设计生产的重要因素。频率的产生有很多的方法，设计者可以从锁相环回路（PLL）中获得非常高的频率合成波形，在通过数字模拟转换器的动态规划（DAC）来生成任意波形。而DDS技术正在迅速的成为解决现代通信和工业应用要求的新技术，因为DDS芯片可以产生可编程、且具有较高的分辨率和精度的任意波形。频率合成器的技术指标有：1.频率范围：频率合成器输出最低频率f min和最高频率f max之间的差值，也可以用频率覆盖系数K来表示：如果K23时，一般Vco很难满足这一输出频率范围的，实践中可以把整个频段分为
15、几个分波段来实现，而每个分波段由一个Vco来满足。也可用相对带宽来衡量：相对带宽=2（f maxf min）/（f max +f min）2.频率分辨率f：相邻两个输出频率之间的间隔，也称为输出间隔频率，或频率步进值。如参考频率不变时，DDS的频率分辨率由相位累加器的位数N来决定。N的值一般比较大，如32位、48位、64位等。在通信系统中波段内的频率通道应该尽可能多，以满足通信的要求，所以希望f应尽可能的小。DDS合成器则能够做到很低的频率。在模拟直接频率合成技术、锁相频率合成技术和DDS合成技术中，输出频率的稳定度主要取决于参考频率的稳定度。2.3 DDS的基本结构与原理2.3.1 DDS的基本结构DDS合成器包括数字器件和模
