直接数字频率合成器设计 - 图文

郑州科技学院

《数字电子技术》课程设计

题 目 直接数字频率合成器设计 学生姓名 专业班级 学 号 院 （系） 指导教师 完成时间

目 录

1. 课程设计的目的 .................................. 1 2. 课程设计的任务与要求 ............................. 1 3. 设计方案与论证 .................................. 1

3.1 地址发生器组成 .............................. 2 3.2 波形数据存储器 .............................. 2 3.3 数模转换器 .................................. 3 4. 设计原理及功能说明 .............................. 3

4.1 2716 EPROM的地址信号 ....................... 4 4.2 DAC0832的单缓冲器方式 ...................... 4 4.3 波形的输出和调整 ............................ 4 4.4 波形数据 .................................... 4 5. 硬件的制作与调试 ................................ 4 6. 总结 ............................................ 8 参考文献 ............................................ 9 附录1：总体电路原理图 ............................. 10 附录2：元器件清单 ................................. 11

1. 课程设计的目的

“数字电子技术”是电子类专业的一门基础课。结合课本知识和课外资料，设计了“直接数字频率合成器”，涉及数字电路中的计数器，555定时器，数/模转换，并行存储器的使用，滤波器，运算放大器等内容。通过这个课程设计来学习怎么利用理论知识去解决实际问题，从而提高解决和分析问题的能力。

2. 课程设计的任务与要求

1. 使用DAC0832、LM358、EPROM、74LS161及555定时器等器件设计完成直接数字频率合成器的设计；

2. 实现多种波形的输出。这些波形包括正弦波、三角波、锯齿波、方波；

3. 要求输出的 波形具有8位数字量的分辨率。 4. 输出波形的频率和幅值连续可调。 5.能用开关方便的选择某一种波形的输出。

3. 设计方案与论证

以前，人们常用模拟电路来产生这种波形，其缺点是电路结构复杂，所产生的波形种类有限。随着数字电子技术的发展，采用数字集成电路产生各种波形的方法已变的越来越普遍。虽然，用数字量产生的波形会呈微小的阶梯状，但是，只要提高数字量的位数即提高波形的分辨率，所产生的波形就会变的非常平滑。用数字方式的优点是电路简单，改变输出的波形极为容易。下面将说明以数据存贮器为核心来实现波形发生器的原理。

用波形数据贮存器记录所要产生的波形，并将其在地址发生器作用下所产生的波形的数字量经过数-模转换装置转换成相应的模拟量，以达

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到波形输出的目的。其实现的原理如图3-1所示。

地址发生 器

波形数据存储器 数模转换 器 运算放大 器 输 出 图3-1 直接数字频率合成器原理框图

3.1 地址发生器组成

地址发生器输出的地址位数决定了每一种波形所能拥有的数据存贮量。但在同一地址发生频率下，波形贮存量越大输出越低。考虑到我们要求输出波形具有8位数字量的分辨率，因而可将地址发生器设计成8位，以获得较好的输出效果。如果地址发生器高于8位，那么输出波形的分辨率将会收到影响。

选用2片4位二进制计数器74LS161组成8位地址发生器，其最高工作频率可达到32MHZ。

3.2 波形数据存储器

8位地址发生器决定了每种波形的数据存储量为256字节。因为总共要输出4种波形，故存储量为256字节。可选用2716 EPROM作为波形数据存储器。8种波形在存储器中的地址分配如图3-2所示：

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图3-2 波形数据存储表

3.3 数模转换器

采用具有8位分辨率的D/A转换集成芯片DAC0832作为多种波形发生器的数模转换器。由于多种波形发生器制使用一路D/A转换，因而DAC0832可连续接成单缓冲器方式。另外，因DA

是一种电流输

出型D/A转换器，要获得模拟电压输出时，需外接运放来实现电流转换为电压。

由于在实际使用中输出波形不仅需要单极性的（0～+5V或-5～0V） 有时还需要双极性的（±5V）,因而可用两组运算放大器作为模拟电压输出电路，运放可选用LM358,其片内集成了两个运算放大器。

4. 设计原理及功能说明

本设计主要有地址发生器、波形发生器、数模转换器、滤波放大部分组成。

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4.1 2716 EPROM的地址信号

两片74LS161级连成八位计数器，其低六位输出作为2716的低六位地址A5-A0，这样，读出一个周期的波形数据需要64个CP脉冲，故输出波形的频率为CP时钟脉冲频率的1/64。EPROM的高两位地址用作波形选择，他们与两个选择开关相连。利用开关的不同设置状态，可选用四种波形种的任意一种。

4.2 DAC0832的单缓冲器方式

在电路中DAC0832被接成单缓冲器方式。它的ILE与+5V相连，CS,XFER,WR2与GND相连，WR1与CP信号相连。这样DAC0832的8位DAC寄存器始终处于导通状态，因此当CP变成低电平时，数据线上的数据便可直接通过8位DAC寄存器，并有其8位D/A转换器进行转换。

4.3 波形的输出和调整

DAC0832输入的电流信号经过双运放LM358被转换成0～ -5V 再经过一级运放后得到了双极性输出±5V通过改变CP脉冲的频率，可得到不同周期的输出波形。而对图种可变电阻的调节，则可以改变输出波形的幅值。

4.4 波形数据

波形的数据可 用EPROM编程器将这些数据写入2716EPROM中。

5. 硬件的制作与调试

实物图如图5-1所示：

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5-1 实物图

在设计地址发生器时，我遇到了一个很棘手的问题：电路仿真通过，但是焊接后竟然无法正常计数，在查阅了很多资料之后才发现这是因为74LS161的预置数功能，需要将预置的四位全部拉低才可以，否则会从1111开始，那么只有最低位和进位会变化。

焊接好地址发生器后我又遇到了一个更为头痛的问题，并行存储器不好买，而且写入数据需要专用编程器，这个代价显然太高，后来用了一片单片机模拟了一片EPROM，终于实现了波形数据的产生。折腾了两三天终于完成了硬件电路的设计与调试。如图5-1、5-2、5-3、5-4分别为四种波形的调试结果。

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图5-1 方波调试结果

图5-2 三角波调试结果

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图5-3 正弦波调试结果

图5-4 锯齿波调试结果

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6. 总结

这次实验是一次将理论知识和实践动手能力相结合的一次，它大大锻炼了我的动手和分析能力，巩固了我的知识，从而增加了我的信心，也明确了我的努力方向。这次课程设计，使我受益颇多。了解到课程实习设计是开端，连接是关键，测试是必须。既巩固了课堂上学到的理论知识，又掌握了常用集成电路芯片的使用。在此基础上学习了数字系统设计的基本思想和方法，学会了科学地分析实际问题，通过查资料、分析资料及请教老师和同学等多种途径，独立解决问题。同时，也培养了我认真严谨的态度。很感谢这次的设计，感谢老师给我这个锻炼的机会，希望今后还能有这样的课程设计。

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参考文献

[1] 《电子技术基础-数字部分》 华中理工大学教研室编 康华光主编，2001年8 月

1日 [2] 《数字电子技术基础》 阎石主编 第五版 高等教育出版社, 2012,23(3):97~98 [3] 郭天祥. 新概念51单片机C语言教程[M]. 北京：电子工业出版社.2009.342~344 [4] 胡汉才. 单片机原理及其接口技术（第2版）[M]. 北京：清华大学出版社.2004.49~77.

[5] 江晓安，董秀峰．数字电子技术（第三版），西安电子科技大学出版社，2008 [6] 陈梓城．实用电子电路设计与调试，北京：中国电力出版社，2006

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附录1：总体电路原理图

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附录2：元器件清单

序号 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14

名称 单片机 运放 双联滑动变阻器 数模转换芯片 电阻 电阻 按键开关 自锁开关 计数器 电解电容 晶振 电容 定时器 导线 型号规格 AT89C2051 LM358 100k ADC0832 5.1K 10K SPDT 74LS161 10Uf/10v 12MHZ 27PF NE555 数量 1 1 1 1 2 2 2 2 1 1 1 2 1 若干 11

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