直接数字式DDS频率合成器设计论文.doc
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1、 摘 要频率合成器利用一个或多个标准信号,通过各种技术途径产生大量离散频率信号的设备。它可以给微波扫频信号提供一定分辨力的频率参考信号,使微波系统的重要功能单元。随着电子科技技术的飞速发展。第三代频率合成技术直接数字式(DDS)频率合成技术应运而生。它以优越的性能而被广泛运用到仪器仪表、遥控遥测通信、雷达、电子对抗、导航以及广播电视等各个领域。本系统以51单片机STC89C52为控制核心控制AD9850产生正弦波,方波,三角波。并通过功率放大模块、调幅(AM)、调频(FM)模块、程控衰减模块。采用数控的方法控制DDS芯片AD9850产生0Hz-20MHz正弦信号,方波信号,三角波信号。经滤波、
2、放大和功放模块放大至5V并具有一定的驱动能力。同时可以对这些信号能进行步进调频。另外,本系统从简单、调整方便、功能完备为出发点,基本实现了设计中的要求,波形输出较稳定,且精度较高。本设计还配备有LCD显示屏、键盘,提供了友好的人机交互界面。关键词: 直接数字式频率合成(DDS),AD9850,调幅,调频,程控衰减44 AbstractFrequency synthesizer for the use of one or more standard signal, through a variety of technical means to generate a large number of
3、 discrete frequency signal equipment. It can give microwave sweeping signal with certain resolution frequency reference signal, so the microwave system important functional unit. With the rapid development of electronic technology. The third generation of frequency synthesis direct digital frequency
4、 synthesis technology ( DDS ) emerge as the times require. With its superior performance has been widely used in instrument table, remote communication, radar, electronic warfare, navigation and radio and television and other fields. The system with 51 single chip STC89C52 as the control core to con
5、trol the AD9850generated sine wave, square wave, triangle wave. And through the power amplification module, amplitude modulation ( AM ), frequency modulation ( FM ) module, programmable attenuator module. By using numerical method to control DDS chip AD9850OHz -20MHz sinusoidal signal, square wave,
6、triangle wave signal. By filtering, amplification and power amplification module for amplifying5V and has driving ability. At the same time can be for these signals can carry out frequency stepping. In addition, the system from the simple, convenient adjustment, functions as the starting point, the
7、basic realization of the design requirements, the output waveform is relatively stable, and high precision. This design is also equipped with LCD display, keyboard, provide a friendly man-machine interface. KeyWords:DDS,AD9850,FM,AM,Controlled attenuation 目 录摘 要IAbstractII1 引 言11.1课题研究的意义与作用11.2 DDS
8、的研究现状及发展趋势11.3 课题研究的设计思路22 硬件设计32.1单片机STC89C5232.1.1 STC89C52具体介绍32.1.2单片机最小系统42.2 DDS专用芯片AD985072.2.1 AD9850的工作原理72.2.2 AD9850的控制字与时序82.3方案设计与论证82.3.1各部分电路方案的比较选择92.3.2理论分析、计算与各模块设计103 软件设计173.1主程序的流程173.2系统的C语言程序183.2.1主程序183.2.2 LCD12864程序193.2.3 HS0038程序233.2.4 AD9850程序323.2.5 延时程序38结 论40参考文献41致
9、 谢42附 录43附录A 单片机最小系统原理图43附录B 系统主要模块原理图44 1 引 言频率合成器是电子系统的心脏,是决定电子系统性能的关键设备,随着现代无线电通信事业的发展,移动通信、雷达、制导武器和电子对抗等系统对频率合成器提出越来越高的要求,低相噪、高纯频谱和高速捷变的频率合成器一直是频率合成技术发展的主要目标,DDS技术的发展将有力地推动这一目标的实现。频率合成技术从30 年代发展到现在,已经进入成熟阶段。目前最常用的频率合成方案有两种,直接混频级联法和数字锁相环法。由于数字集成电路的迅猛发展,集成合成器和数字计算技术频率合成方案大量涌现。大规模集成电路的应用又为数字技术的方案提供
10、了广阔的前景1.1课题研究的意义与作用1971年,美国学者J.Tierney等人撰写的“A Digital FrequencSynthesizer”-文首次提出了以全数字技术,从相位概念出发直接合成所需波形的一种新的频率合成原理。限于当时的技术和器件水平,它的性能指标尚不能与已有的技术相比,故未受到重视。近10年间,随着微电子技术的迅速发展,直接数字频率合成器(Direct Digital Frequency Synthesis简称DDS或DDFS)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
11、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。1.2 DDS的研究现状及发展趋势在频率合成(FS, Frequency Synthesis)领域中,常用的频率合成技术有模拟锁相环、数字锁相环、小数分频锁相环(fractional-N PLL Synthesis)等,直接数字合成(Direct Digital SynthesisDDS)是近年来新的FS技术。单片集成的DDS产品是一种可代替锁相环的快速频率合成器件。DDS是产生高精度、快速变换频率、输出波形失真小的优先选用技术。DDS以稳定度高的参考时钟为参考源,通过精密的相位累加器和
12、数字信号处理,通过高速D/A变换器产生所需的数字波形(通常是正弦波形),这个数字波经过一个模拟滤波器后,得到最终的模拟信号波形。通过高速DAC产生数字正弦数字波形,通过带通滤波器后得到一个对应的模拟正弦波信号,最后该模拟正弦波与一门限进行比较得到方波时钟信号。DDS系统是个显著的特点就是在数字处理器的控制下能够精确而快速地处理频和相位。除此之外,DDS的固有特性还包括:相当好的频率和相位分辨率(频率的可控范围达Hz级,相位控制小于0.09),能够进行快速的信号变换(输出DAC的转换速率300百万次/秒)。这些特性使DDS在军事雷达和通信系统中应用日益广泛。 在各行各业的测试应用中,信号源扮演着
13、极为重要的作用。但信号源具有许多不同的类型,不同类型 的信号源在功能和特性上各不相同,分别适用于许多不同的应用。目前,最常见的信号源类型包括任意波形发生器,函数发生器,RF信号源,以及基本的模拟输出 模块。信号源中采用DDS技术在当前的测试测量行业已经逐渐称为一种主流的做法 其实,以前DDS价格昂贵、功耗大(以前的功耗达Watt级)、DAC器件转换速率不高,应用受到限制,因此只用于高端设备和军事上。随着数字技术和半导体工业的发展,DDS芯片能集成包括高速DAC器件在内的部件,其功耗降低到mW级,功能增加了,价格便宜。因此,DDS也获得广泛的应用:现代电子器件、通信技术、医学成像、无线、PCS/
14、PCN系统、雷达、卫星通信。1.3 课题研究的设计思路本设计采用直接数字频率合成。单片机从键盘获得控制信息,控制两路DDS芯片AD9850产生的两路设定频率的正弦波和方波。输出信号经过调整后AD7524可以在单片机的控制下完成对信号的程控误差。从DDS模块输出的两路信号经过低通滤波和直流偏置将两路信号输入模拟乘法器AD835,一路作为载波,一路作为调制波,从AD835产生调制波。同时可以将DDS信号输入到CD4046B芯片进行振荡输出调频信号。通过显示器可以方便快速的显示预制参数的变化,实现对信号的可控。河南城建学院本科毕业设计(论文) 硬件设计2 硬件设计2.1单片机STC89C52STC8
15、9C52是一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器,具有 8K 在系统可编程Flash 存储器。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。 具有以下标准功能: 8K字节Flash,512字节RAM, 32 位I/O 口线,看门狗定时器,内置4KB EEPROM,MAX810复位电路,三个16 位 定时器/计数器,一个6向量2级中断结构,全双工串行口。另外 STC89C52 可降至0Hz 静态逻辑操作,支持2种软件可选择节电模式。空闲模式下,CPU停止工作,允许RAM、定时器/计数器、串口、中断继续工作。掉
16、电保护方式下,RAM内容被保存,振荡器被冻结,单片机一切工作停止,直到下一个中断或硬件复位为止。最高运作频率35MHz,6T/12T可选。 2.1.1 STC89C52具体介绍主电源引脚(2根)VCC(Pin40):电源输入,接5V电源GND(Pin20):接地线外接晶振引脚(2根)XTAL1(Pin19):片内振荡电路的输入端XTAL2(Pin20):片内振荡电路的输出端控制引脚(4根)RST/VPP(Pin9):复位引脚,引脚上出现2个机器周期的高电平将使单片机复位。ALE/PROG(Pin30):地址锁存允许信号PSEN(Pin29):外部存储器读选通信号EA/VPP(Pin31):程序
17、存储器的内外部选通,接低电平从外部程序存储器读指令,如果接高电平则从内部程序存储器读指令。可编程输入/输出引脚(32根)STC89C52单片机有4组8位的可编程I/O口,分别位P0、P1、P2、P3口,每个有8位(8根引脚),共32根。PO口(Pin39Pin32):8位双向I/O口线,名称为P0.0P0.7P1口(Pin1Pin8):8位准双向I/O口线,名称为P1.0P1.7 P2口(Pin21Pin28):8位准双向I/O口线,名称为P2.0P2.7 P3口(Pin10Pin17):8位准双向I/O口线,名称为P3.0P3.7STC89C52主要功能如表2.1所示。表2.1 STC89C
18、52主要功能主要功能特性兼容MCS51指令系统8K可反复擦写Flash ROM32个双向I/O口256x8bit内部RAM3个16位可编程定时/计数器中断时钟频率0-24MHz2个串行中断可编程UART串行通道2个外部中断源共6个中断源2个读写中断口线3级加密位低功耗空闲和掉电模式软件设置睡眠和唤醒功能2.1.2单片机最小系统单独的一块儿单片机是不能正常工作的,它必须与时钟电路,复位电路合理的连接起来才能实现最基本的功能。由于本论文研究的就是基于单片机来控制DDS芯片AD9850产生波形频率步进可控的正弦波,方波,矩形波,可见单片机在本系统中占有举足轻重的地位。所以我们完全应该吧单片机最小系统
19、单独列出来研究。 时钟电路STC89C52内部有一个用于构成振荡器的高增益反相放大器,引脚RXD和TXD分别是此放大器的输入端和输出端。时钟可以由内部方式产生或外部方式产生。内部方式的时钟电路如图2.1(a) 所示,在RXD和TXD引脚上外接定时元件,内部振荡器就产生自激振荡。定时元件通常采用石英晶体和电容组成的并联谐振回路。晶体振荡频率可以在1.212MHz之间选择,电容值在530pF之间选择,电容值的大小可对频率起微调的作用。外部方式的时钟电路如图2.1(b)所示,RXD接地,TXD接外部振荡器。对外部振荡信号无特殊要求,只要求保证脉冲宽度,一般采用频率低于12MHz的方波信号。片内时钟发
20、生器把振荡频率两分频,产生一个两相时钟P1和P2,供单片机使用。示,RXD接地,TXD接外部振荡器。对外部振荡信号无特殊要求,只要求保证脉冲宽度,一般采用频率低于12MHz的方波信号。片内时钟发生器把振荡频率两分频,产生一个两相时钟P1和P2,供单片机使用。RXD接地,TXD接外部振荡器。对外部振荡信号无特殊要求,只要求保证脉冲宽度,一般采用频率低于12MHz的方波信号。片内时钟发生器把振荡频率两分频,产生一个两相时钟P1和P2,供单片机使用。(a)内部方式时钟电路 (b)外部方式时钟电路图2.1时钟电路复位及复位电路单片机在启动时都需要复位,以使CPU及系统各部件处于确定的初始状态,并从初态
21、开始工作。89系列单片机的复位信号是从RST引脚输入到芯片内的施密特触发器中的。当系统处于正常工作状态时,且振荡器稳定后,如果RST引脚上有一个高电平并维持2个机器周期(24个振荡周期)以上,则CPU就可以响应并将系统复位。单片机系统的复位方式有:手动按钮复位和上电复位。(1)复位操作复位是单片机的初始化操作。其主要功能是把PC初始化为0000H,使单片机从0000H单元开始执行程序。除了进入系统的正常初始化之外,当由于程序运行出错或操作错误使系统处于死锁状态时,为摆脱困境,也需按复位键重新启动。除PC之外,复位操作还对其他一些寄存器有影响,它们的复位状态如表一所示。1) 复位信号及其产生RS
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- 直接 数字式 DDS 频率 合成器 设计 论文