景德镇陶瓷学院本科生毕业设计（论文）

ABSTRACT

The Direct Digital Frequency Synthesis is a kind of new frequency synthesis method and also a revolution in the frequency synthesis techniques. With 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 design, 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 to 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 main functions were introduced according to module.

KEYWORDS: signal generator; DDS; MCU; frequency; design

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目 录

摘 要............................................................ II ABSTRACT............................................................ V 目 录............................................................ VI 1 绪论.............................................................. 1

1.1 选题背景 .................................................... 1 1.2 DDS技术的研究现状与发展趋势................................. 2 1.3 选题研究的目的及意义 ........................................ 3 1.4 研究内容及目标 .............................................. 4 2 DDS信号源设计技术基础 ............................................ 5

2.1 频率合成技术 ................................................ 5

2.1.1 频率合成技术指标：..................................... 5 2.2 直接数字频率合成原理 ........................................ 6

2.2.1 DDS结构 ............................................... 6 2.2.2 DDS的工作原理 ......................................... 8 2.2.3 DDS数学原理 ........................................... 9 2.3 DDS性能特点................................................ 11 2.4 DDS芯片AD9850 ............................................. 12

2.4.1 AD9850简介 ........................................... 12 2.4.2 AD9850的控制字与控制时序 ............................. 15 2.4.3 AD9850频率稳定度及频率准确度 ......................... 18 3.1 系统总体硬件框图 ........................................... 19 3.2 MCU主控部分硬件设计........................................ 20

3.2.1 AT89C52的功能和结构 .................................. 21 3.2.2 AT89C52的I/O口规划 .................................. 21 3.3 AD985O外围电路设计......................................... 23

3.3.1 晶振的选择............................................ 23 3.3.2 AD9850电源模块的设计 ................................. 24

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3.3.3 AD985O接口电路 ....................................... 24 3.3.4 滤波电路.............................................. 26 3.4

采样保持与A/D转换电路 .................................. 29 3.4.1采样保持电路 .......................................... 29 3.4.2 A/D转换 .............................................. 30 3.5

输入输出接口电路设计 .................................... 32 3.5.1 输入接口电路设计..................................... 32 3.5.2 输出接口电路设计..................................... 33 3.6 功率放大器 ................................................. 39 3.7 电源模块设计 ............................................... 40 4.1 软件总体流程 ............................................... 42 4.2 系统初始化 ................................................. 43

4.2.1 AD9850初始化子程序 ................................... 43 4.2.1 max7219初始化子程序 .................................. 43 4.3 键盘扫描及按键识别子程序 ................................... 44 4.4 波形数据产生 ............................................... 50

4.4.1 AD985O控制字的计算 ................................... 50 4.4.2 控制字转化子程序...................................... 51 4.4.3 控制字传送子程序...................................... 52 4.5 A/D转换子程序.............................................. 53 4.5八选一子程序（只用六选一）.................................. 55 4.6 其它子程序 ................................................. 56 4+1 结论........................................................... 57 4+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 .............................................. 73

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1 绪论

1.1 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,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、

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