基于STM32的信号发生器设计论文 - 图文

摘 要

摘 要

信号发生器是一种能产生多个函数信号的的仪器，常见的有正弦波、方波、三角波等。在电子技术飞速发展的今天，信号发生器作为各种信号源无论在实验室还是在设备检测中已经具有十分广泛的用途。传统的信号发生器大多是基于模拟电子技术设计制作的，这种信号源制作简单，成本低廉，但是它的缺点也很多，比如不便于存储，频率稳定度差，失真度高等。DDS是以全数字技术，从相位概念出发直接合成所需波形的一种新的合成原理。本设计采用DDS和单片机技术相结合，以STM32F103RBT6芯片及AD9834为核心设计了一种幅度、相位、频率都可调节的信号发生器，它不仅能克服传统的正弦波信号发生器的缺点，而且由模拟乘法器产生调幅电路、采用数字键控的方法实现二进制PSK、ASK信号，且频带较宽、频率稳定度高，波形良好。该信号发生器具有更强的市场竞争力，在跳频技术、无线电通信技术方面具有比较广阔的发展前景。

关键字：信号发生器，STM32F103RBT6，DDS，AD9834

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ABSTRACT

ABSTRACT

Signal generator can generate multiple functions is a signal of the instrument, common have a sine wave, square wave, triangle wave, etc. In today's rapid development of electronic technology, signal generator as a variety of signal source in the laboratory or in the equipment testing has a very wide range of USES. Most of the traditional sine wave signal generator is designed based on analog electronic technology, this is simple and low cost production source, but it has many shortcomings, such as it is not easy to store,its frequency stability is poor, high distortion and so on. DDS is a new synthetic principle which based on the all-digital technology, starting from the concept of phase direct synthesis of waveforms required.This design uses DDS and microcontroller technology, the AD9850 DDS chip to the core ,design a sine wave signal generator,whose magnitude, phase, frequency can be regulated.It’s not only can overcome the traditional shortcomings of the sine wave signal generator, and the amplitude circuit is produced by the analog multiplier , the digital keying is used to achieve binary PSK, ASK signal, and it has wide band, high frequency stability, wave good. The signal generator has a stronger market competitiveness, in the frequency hopping, radio communication technology has relatively broad prospects for development.

Key words: signal generator, STM32F103RBT6, DDS, AD9834

II

目 录

目 录

第1章

引言 ······················································································ 1

1.1 选题背景 ························································································ 1 1.2 研究目标和意义··············································································· 2 1.3 研究思路 ························································································ 2 第2章

方案论证 ················································································ 3

2.1 主控制器 ························································································ 3 2.2 信号发生源 ····················································································· 4 2.3 系统稳压模块 ·················································································· 5 2.4 DDS稳压模块 ·················································································· 5 2.5 频率控制模块 ·················································································· 5 2.6 串口模块 ························································································ 6 2.7 显示模块 ························································································ 6 第3章

硬件模块详解 ·········································································· 8

3.1 STM32F103RBT6简介 ······································································· 8 3.1.1 综述 ··························································································· 8 3.1.2 结构概览 ····················································································· 8 3.1.3 特性 ··························································································· 9 3.1.4 芯片引脚排列说明 ······································································· 10 3.2 信号发生模块 ················································································ 12 3.2.1 综述 ························································································· 12 3.2.2 特点和优势 ················································································ 12 3.2.3 芯片引脚排列及功能 ···································································· 13 3.3 正弦调制信号的产生 ······································································ 15 3.4 三角波调制信号的产生 ··································································· 16 3.5 LCD显示器 ··················································································· 17 3.5.1 综述 ························································································· 17 3.5.2 基本特征 ··················································································· 17 3.5.3 控制器接口信号说明 ···································································· 18

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目录

第4章 硬件电路设计 ········································································ 20

4.1 STM32主控电路及液晶显示电路 ······················································· 20 4.2 AD9834信号源模块 ········································································ 22 4.3 系统电源模块及DDS电源 ······························································· 23 4.4 控制模块 ······················································································ 24 4.5 串口模块 ······················································································ 24 第5章

系统软件设计及调试 ······························································ 26

5.1 Keil软件的介绍 ············································································· 26 5.2 系统软件设计 ················································································ 27 5.2.1 软件流程图 ················································································ 28 5.2.2 系统软件设计原理 ······································································· 28 5.3 信号产生的程序············································································· 29 5.4 测试仪器 ······················································································ 31 5.4.1 技术性能 ··················································································· 34 5.5 指标测试 ······················································································ 34 5.5.1 正弦波指标测试 ·········································································· 34 5.5.2 三角波指标测试 ·········································································· 34 5.5.3 方波指标测试 ············································································· 34 5.6 测试结果 ······················································································ 35 参考文献 ··························································································· 38 致谢 ········································································· 错误！未定义书签。 附录 ································································································· 40 附录一：原理图及PCB图····································································· 40 外文资料原文 ····················································································· 41 译文 ································································································· 47

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第1章 引言

第1章 引言

1.1 选题背景

信号源作为一种信号产生的装置已经越来越受到人们的重视，它可以根据用户的要求，产生自己需要的波形，具有重复性好，实时性强等优点，已经逐步取代了传统的函数发生器。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DDS(Direct Digital Synthesis)，他是将先进的数字信号处理理论与方法导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。本课题的目的就是依据DDS原理设计开发出一个能产生正弦波，且能产生幅度调制（AM）信号电路，产生模拟调制（FM）信号电路，产生二进制PSK，ASK信号电路[1]。

DDS的最高工作频率近几年超高速数字电路的发展以及对DDS的深入研究，

以及噪声性能已接近并达到锁相频率合成器相当的水平。随着这种频率合成技术的发展，其已广泛应用于通讯、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。

随着微电子技术的飞速发展，目前高超性能优良的DDS 产品不断推出，主要有Qualcomm、AD、Sciteg 和Stanford 等公司单片电路（monolithic）。Qualcomm公司推出了DDS 系列Q2220、Q2230、Q2334、Q2240、Q2368，其中Q2368 的时钟频率为130MHz，分辨率为0.03Hz，杂散控制为-76dB，变频时间为0.1μs;美国AD 公司也相继推出了他们的DDS 系列：AD9850、AD9851、可以实现线性调频的AD9852、两路正交输出的AD9854以及以DDS为核心的QPSK调制器AD9853、数字上变频器AD9856 和AD9857。AD公司的DDS系列产品以其较高的性能价格比，目前取得了极为广泛的应用。

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1.2 研究目标和意义

该毕业设计的研究和制作全面说明了对低频信号发生器系统要有一个全面的了解，对低频信号的发生原理要理解掌握，以及低频信号发生器工作流程：博兴DAC应用、的设定、新型微处理器系统控制、低噪声LDO电源、显示模块、键盘、低噪声放大器等各模块之间通信，各部分要熟练连接调试。

能够正确了解常规芯片的使用方法，掌握简单的信号发生器应用系统软硬件的设计方法。进一步锻炼我们在信号处理方面的实际动手能力和工作能力。

1.3 研究思路

（1）掌握相关电子电路，微处理器基础理论知识和设计方法； （2）熟悉信号产生的原理；

（3）利用相应微处理器完成信号发生系统的设计，使信号频率可调以及相关信息显示。

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第2章 方案论证

第2章 方案论证

根据题目要求，本系统主要由主控制器模块、DDS模块、系统稳压模块、DDS稳压模块、频率控制模块、串口模块和显示模块构成。如图2-1：

串口模块 系统稳压模块 DDS稳压模块 显示模块 主控制器模块 DDS模块

频率控制模块 图2-1 系统原理图

2.1 主控制器

方案一：采用通用的51单片机AT89S52作为主控制器，完成数据处理，DDS的频率输出控制，键盘的扫描及液晶显示器的显示控制等。由于51单片机内部的RAM和ROM都比较小，考虑到实现本系统需要大量的数据处理及液晶显示需占用大量的ROM资源等，用51单片机实现本系统就需外扩RAM和ROM，实现起来比较麻烦。而且本系统需要用A/D转换器采样调制信号实现调频信号的输出，使用51单片机就需外扩一片A/D转换芯片，实现也比较麻烦。而且基于整个系统的速度要求，51单片机也不能满足要求。

方案二：采用意法半导体公司的32位微处理器STM32F103RBT6作为主控制

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器。由于STM32F103RBT6内置有20K的SRAM和128K字的内存FLASH，能满足本系统数据处理及液晶显示所需数据的存储要求CPU时钟频率高达72MHz，能满足速度要求；集成有12位电压模数转换器ADC，可以满足系统采样调制信号的要求；一片STM32F103RBT6就可以完成整个系统的主要功能，基本不需要扩展其他器件，不仅体积小而且可靠性高。采用C语言编程，简单方便，使开发更加容易，整个系统更加简单。

方案二：采用凌阳公司的16位单片机SPCE061A作为主控制器。由于SPCE061A内置有2K字的SRAM和32K字的内存FLASH，能满足本系统数据处理及液晶显示所需数据的存储要求CPU时钟频率高达49.152MHz，不能能满足速度要求；集成有7通道10位电压模数转换器ADC，可以满足系统采样调制信号的要求；一片凌阳SPCE061A单片机就可以完成整个系统的主要功能，基本不需要扩展其他器件，不仅体积小而且可靠性高。而且凌阳单片机具有C语言风格的汇编语言，有与标准C兼容的C语言，C语言函数可以与汇编函数互相调用，使其开发更加容易，但是由于处理速度不高，因此不能满足要求

综上所述，本系统采用方案二，利用STM32F103RBT6作为主控芯片。

2.2 信号发生源

方案一：采用反馈型LC振荡原理，选择合适的电容、电感就能产生相应的正弦信号。此方案器件比较简单，但是难以达到高精度的程控调节，而且稳定度不高，故不采用。

方案二：采用DDS技术的基本原理。DDS技术是基于 Nyquist采样定理，将模拟信号进行采集，经量化后存入存储器中（查找表），通过CPLD或者FPGA进行寻址查表输出波形的数据，再经D/A 转换滤波即可恢复原波形。根据 Nyquist 采样定理知，要使信号能够恢复，必须满足采样频率大于被采样信号最高频率的2倍，否则将产生混叠，经D/A 不能恢复原信号。此方案产生的波形比较稳定，在高频输出时会产生失真，而且电路比较复杂，故不采用。

方案三：直接采用DDS集成芯片。AD9834是AD公司生产的DDS芯片，带AD9834 内含可编程DDS系统和高速比较器,能实现全数字并行和串行加载方式，编程控制的频率合成。

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第2章 方案论证

由于DDS集成芯片能达到要求，而且节省硬件电路，程控调节能够方便实现，本设计采用方案三，作为1K～35MHz信号发生源。

2.3 系统稳压模块

该MIC5219是具有高的高效线性电压调节器峰值输出电流能力，非常低的压差电压，不到1 ％的输出电压精度更好。差一般为10mV ，在轻载和小于500mV的满负荷。该MIC5219的目的是提供一个峰值输出电流为启动条件，其中高浪涌电流要求。它具有一个500mA峰值输出评级。连续输出电流只由封装和布局的限制。该MIC5219可以启用或由CMOS或关闭TTL兼容的信号。禁用时，功耗降至近于零。差的接地电流被最小化，以有助于延长电池寿命。其他主要功能包括的反相电池保护，电流限制，过温关断，并用一个超低噪声的选择的低噪声性能。由于STM32F103是一款低功耗芯片，并且只具有少量外设，故采用体积十分小巧的MIC5219稳压芯片。

2.4 DDS稳压模块

采用AM1117线性稳压芯片，AMS1117的片上微调把基准电压调整到1%的误差以内，而且电流限制也得到了调整，以尽量减少因稳压器和电源电路超载而造成的压力使DDS芯片工作电压平稳，减少对信号源造成的杂波干扰。

2.5 频率控制模块

方案一：使用变容二极管直接调频。变容二极管是根据PN结的结电容随反向电压改变而变化的原理设计的一种二极管。加反向偏压时，变容二极管呈现一个较大的结电容。变容二极管要并接在产生中心频率振荡的选频网络的两端，并加上调制信号，使中心频率随调制信号的幅值的改变而改变，从而达到调频作用。但是本方案会使电路产生的频偏不稳定，容易产生中心频率偏移。

方案二：采用锁相环进行调制，采用锁相环路调频，能够达到中心频率高度稳定的调频信号。由于锁相环能跟踪并锁定中心频率。从而使中心频率有足够高的稳定度。而调制信号就加在VCO（压控振荡器）的输入端，从而使中心频率随调制信号的幅值的改变而改变。本方案比较直观，而且中心频率和频偏都比较准

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确，但是电路复杂，故不采用。

方案三：STM32F103RBT6内部集成有12位ADC。可先将调制信号离散化，当采集完一个周期（1ms）的数据后，计算出每相邻两个抽样点的偏移量，这样就可以根据偏移量控制改变DDS的输出频率，从而达到调频效果，而且硬件只需要使用弹性按键。

综上所述，本次设计采用方案三。

2.6 串口模块

方案一：使用CH340串口芯片。CH340是一个USB总线的转接芯片，实现USB转串口、USB转IrDA红外或者USB转打印口。 在串口方式下，CH340提供常用的MODEM联络信号，用于为计算机扩展异步串口，或者将普通的串口设备CH340是一款十分优秀的TTL电平转换芯片，直接升级到USB总线。可以将USB直接转换为TTL电平与主控制器UART进行通信。但是因为电路较为复杂，顾不采用。

方案二：使用CP2102串口芯片。CP2102其集成度高，内置USB2.0全速功能控制器、USB收发器、晶体振荡器、EEPROM及异步串行数据总线（UART），支CP2102与其他USB-UART持调制解调器全功能信号，无需任何外部的USB器件。转接电路的工作原理类似，通过驱动程序将PC的USB口虚拟成COM口以达到扩展的目的。CP2102是一款高度集成的电平转换芯片，性能十分优秀，整体电路十分简单、整洁。

综上所述，采用方案二CP2102作为串口模块芯片。

2.7 显示模块

方案一：采用LCD1602显示屏。工业字符型液晶，能够同时显示16x02即32个字符。1602液晶也叫1602字符型液晶，它是一种专门用来显示字母、数字、符号等的点阵型液晶模块。它由若干个5X7或者5X11等点阵字符位组成，每个点阵字符位都可以显示一个字符，每位之间有一个点距的间隔，每行之间也有间隔，起到了字符间距和行间距的作用，正因为如此所以它不能很好地显示图形（用自定义CGRAM，显示效果也不好）。1602LCD是指显示的内容为16X2,即可以显示

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第2章 方案论证

两行，每行16个字符液晶模块（显示字符和数字）。市面上字符液晶大多数是基于HD44780液晶芯片的，控制原理是完全相同的，因此基于HD44780写的控制程序可以很方便地应用于市面上大部分的字符型液晶。但不能显示中文，因此不能直观的表现显示数据。

方案二：采用LCD12864显示屏。带中文字库的LCD12864 是一种具有4 位/8 位并行、2线或3线串行多种接口方式，内部含有国标一级、二级简体中文字库的点阵图形液晶显示模块；其显示分辨率为128×64, 内置8192个16*16 点汉字，和128个16*8点ASCII字符集.利用该模块灵活的接口方式和简单、方便的操作指令，可构成全中文人机交互图形界面。可以显示8×4行16×16 点阵的汉字，也可完成图形显示，低电压低功耗是其又一显著特点。底层驱动代码简单易操作。十分符合系统要求。

方案三：采用LED数码管显示。led数码管（LED Segment Displays）由多个发光二极管封装在一起组成“8”字型的器件，引线已在内部连接完成，只需引出它们的各个笔划，公共电极。数码管实际上是由七个发光管组成8字形构成的，加上小数点就是8个。这些段分别由字母a,b,c,d,e,f,g,dp来表示。可放在PCB电路板上按红绿蓝顺序呈直线排列，以专用驱动芯片控制，构成变化无穷的色彩和图形。外壳采用阻燃PC塑料制作，强度高，抗冲击，抗老化，防紫外线，防尘，防潮。LED护栏管具有功耗小，无热量，耐冲击，长寿命等优点，配合控制器，即可实现流水，渐变，跳变，追逐等效果。但因为显示内容不多，顾不采用。

综上所述，采用方案二采用LCD12864作为显示模块。

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第3章 硬件模块详解

3.1 STM32F103RBT6简介

3.1.1 综述

STM32F103RBT6是ST公司基于ARM最新Cortex-M3架构内核的32位处理其产品，内置128KB的FLASH、20K的RAM、12位AD、4个16位定时器和3路UART通信口等多种资源，时钟频率最高可达72MHz。 3.1.2 结构概览

图3-1 内部结构图

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第3章 硬件模块详解

3.1.3 特性

◆STM32F103RBT6 封装：LQFP64

◆内核：ARM32 位Cortex-M3 CPU,72MHz，90 DMIPS1.25 DMIPS MH,单周期乘法和硬件除法, 通用增强型,内嵌中断控制器有43 个可屏蔽中断通道,采用尾链(tail chaining)技术的中断处理（降至6 个CPU 周期）。

◆STM32F103RBT6 内置128KB 的Flash，最多内嵌20KB 的SRAM，以CPU 时钟速度访问（读/写），0 等待状态

◆时钟，复位(RESET)，电源管理： -2.0~3.6 伏供电和I / O

-POR, PDR,可编程电压监测器（PVD）– -4~16 MHz 石英振荡器 -内置8 MHz 厂家校准RC -内置32 kHz RC

-为RTC 专用的32kHz 振荡器及校准 ◆STM32F103RBT6 具有低功耗： -睡眠，终止，待机三种模式 -VBAT 为RTC 和备份寄存器供电 ◆2 x 12-bit, 1 μs 数模转换器(16 通道) -转换范围2.0 至3.6 伏 -双采样保持功能 -与先进的控制定时器同步 -温度传感器 ◆DMA:

-7 通道DMA 控制器

-支持的外设，定时器，数模转换器，SPI 接口，i2c 接口，USART 接口

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◆DEBUG 模式

-串行线debug（SWD）和JTAG 接口 ◆STM32F103RBT6 有80 个快速I/O 端口 - 32/49/80 5 V-tolerant I/Os -不可中断的读/修改/写操作 - 16 个外部中断向量全可映射 ◆7 个定时器

-三个16 位定时器，每个有4 个IC / OC/ PWM 或脉冲计数器

-6 通道16 位先进控制定时器：多达6 个PWM 输出死区时间生成和急停 -2 个16 位监视定时器(Independent and Window) - SysTick 定时器：24 位递减计数器 ◆STM32F103RBT6 多达9 个通信接口 -多达2 个I C 接口（支持SMBus / PMBus）

-多达3 个USART（ISO7816 接口，LIN，红外线功能，调制解调器控制） - 2 个SPI 接口（18 Mbit/s） 3.1.4 芯片引脚排列说明

STM32F103RBT6有64个引脚，采用LQFP64封装形式；排列如下图3-2、图3-3：

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第3章 硬件模块详解

图3-2 芯片原理图

图3-3 芯片封装图

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3.2 信号发生模块

信号发生模块主要部分是AD9834。 3.2.1 综述

AD9834是一款75 MHz、低功耗DDS器件，能够产生高性能正弦波和三角波输出。其片内还集成一个比较器，支持产生方波以用于时钟发生。当供电电压为3 V时，其功耗仅为20 mW，非常适合对功耗敏感的应用。

AD9834提供相位调制和频率调制功能。频率寄存器为28位；时钟速率为75 MHz，可以实现0.28 Hz的分辨率。同样，时钟速率为1 MHz时，AD9834可以实现0.004 Hz的分辨率。影响频率和相位调制的方法是通过串行接口加载寄存器，然后通过软件或FSELECT/PSELECT引脚切换寄存器。

AD9834通过一个三线式串行接口写入数据。该串行接口能够以最高40 MHz的时钟速率工作，并且与DSP和微控制器标准兼容。

该器件采用2.3 V至5.5 V电源供电。模拟和数字部分彼此独立，可以采用不同的电源供电；例如，AVDD可以是5 V，而DVDD可以是3 V。

AD9834具有掉电引脚(SLEEP)，支持从外部控制掉电模式。器件中不用的部分可以掉电，以将功耗降至最低。例如，在产生时钟输出时，可以关断DAC。 3.2.2 特点和优势

窄带SFDR > 72 dB

电源电压范围：2.3 V至5.5 V 电源供电 输出频率最高达37.5 MHz 正弦波输出/三角波输出 片上集成比较器式 SPI接口

C至+105°C 扩展温度范围：?40°掉电选项

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第3章 硬件模块详解

功耗：20 mW（3 V时） 20引脚TSSOP 3.2.3 芯片引脚排列及功能

FS ADJUST（1脚）：全面调控。在此脚与AGND有个电阻RSET。这决定整个

DA

转换的电流的幅度。电流和

RSET

的关系

IOUTFULLSCALE=18*FSADJUST/RSET。

FSADJUST=1.15V(额定),REST=6.8 ?Ω(典型值)。

REFOUT（2脚）：输出参考电压。芯片内已有一个1.2V的电压参考值。 COMP（3脚）：DA转换偏压。用来耦合偏置电压。

AVDD（4脚）：模拟部分正极电源。范围2.3V~5.5V，在AVDD和AGND之间应加一个0.1uF的去耦电容。

DVDD（5脚）：数字部分正极电源。

CAP/2.5V（6脚）：数字电路运行在2.5V下。此电源产生于DVDD，用的是板上调节器。这个调节器需要一个100nF的去耦电容，接在此脚和DGND间，如果DVDD<=2.7V，那么此引脚应与DVDD短接。

DGND（7脚）：数字的接地。

MCLK（8脚）：数字时钟输入端。DDS输出地频率表述为主时钟频率的二进制小数形式。此输出地频率精确度和相位噪声由这个时钟决定。

FSELECT（9脚）：频率选择输入端。FSELECT控制频率寄存器，FREQ0、FREQ1，这用在相位累加器。要用的频率寄存器可以由FSELECT或FSEL位来选择。当FSEL位选择频率寄存器时，则FSELECT接于COMS 的高或低。

PSELECT（10脚）：相位选择输入端，PSELECT控制相位寄存器,PHASE0/PHASE1,增加到相位累加器的输出，要用相位寄存器时可由FSELECTFSELECT脚应接在CMOS的高或低。 脚或PSEL位来选择，当由FSEL位控制时，

RESET（11脚）：激活高数字输入端。此引脚复位相应的内部寄存器置0，这相当于部分模拟输出。RESET不会影响地址存储器。

SLEEP（12脚）：激活高位数字输入端，当此引脚置高，DA转换关闭。此引

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脚一样有控制SLEEP12位的功能。

SDATA（13脚）：数据串口输入端。16位数据由此输入。

SCLK（14脚） ：串行时钟输入。SCLK的每个下降沿就将一位输入AD9834。FSYNC（15脚）：激活地位控制输入端。此为输入数据的帧同步信号。当FSYNC拉低，内部逻辑电路就会告知芯片一位新的字节进入了。

SIGN BIT OUT（16脚）：逻辑输出。此引脚可以输出比较器的输出，也可输出来自NCO的MSB，在寄存器置位POPBITEN可以使能此脚，DIGN/PIB为决定是比较器输出还是来自NCO的MSB输出。

VIN（17脚）：比较器输入端。比较器能够由正弦波DA转换的输出产生方波。在接入比较器之前DA的输出应适当滤波以减小抖动。当置位OPBITEN和SIGN/PIB寄存器以置1，比较器输入接VIN

AGND（18脚）：模拟的接地。

IOUT（19脚），IOUTB（20脚）：电流输出。这是一个高阻抗电流源。像200Ω电阻接于IOUT和AGND之间。IOUTB应该在AGND之间接200的外部电阻，也可直接接AGND，建议在AGND间接一个20pF电容防止时钟馈通

AD9834采用TSSOP-20封装，引脚分布如下图3-4：

图3-4 芯片引脚分布图

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第3章 硬件模块详解

3.3 正弦调制信号的产生

1K正弦调制信号的产生采用DDS技术。 DDS技术采用全数字技术实现频率DDS 在合成，和其它一般的频率合成技术相比，有一些突出的优点和独特的性能：相对带宽、频率转换时间、频率分辨率、相位连续性、正交输出以及集成化等一 DDS的实现原系列性能指标方面远远超过了传统频率合成技术所能达到的水平。理如下图3-5：

图3-5 DDS实现原理

DDS 技术的实现依赖于高速、高性能的数字器件。可编程逻辑器件以其速度高、规模大、可编程，以及有强大EDA 软件支持等特性，十分适合实现频率的合成。

由于本系统要求产生1KHz的正弦调制信号,失真度要求要小,而且稳定性要好,DDS 的失真度除受D/A 转换器本身的噪声影响外，还与存储深度M和D/A 字长有密切关系，设q 为均匀量化间隔，其失真度近似数学关系为：

THD=[1?q22pi/M][]?1*100% （3-1） 6sin(pi/M)本系统的量化级为256（8 位DAC），经计算其失真度约为5.676%，可以满足设计要求。

DDS设计电路产生的波形存在高次谐波，须进行低通滤波使波形平滑，为使通带内的起伏最小，我们采用了巴特沃斯二阶低通滤波器，如图3-6。巴特沃思二阶低通滤波器的截止频率为fc = 1/ 2πRC 。由于只需产生1KHz的正弦信号，本系统设计的滤波器的截至频率为2KHz，选取C=1uf，经计算取R=80Ω。

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图3-6 二阶巴特沃思滤波器

3.4 三角波调制信号的产生

它首先对需要产生的信号波形进行采样和量化，然后存入存储器作为待产生信号波形的数据表。输出信号波形时，电路在一个高稳定时钟控制下从数据表中依次读出信号波形的数据，产生过数字化的信号，这个信号再通过DAC转换成所需的模拟信号波形。

它的核心是相位累加器，由N位加法器与N位相位寄存器构成，类似一个简单的计数器。加法器将频率控制字与累加寄存器输出的累加相位数据相加，把相加后的结果送至累加寄存器的数据输入端。这样，相位累加器在时钟作用下，不断对频率控制字进行线性相位累加。由此可以看出，相位累加器输出的数据就是合成信号的相位，相位累加器的溢出频率就是DDS输出的信号频率。将相位寄存器的输出与相位控制字相加得到的数据作为一个地址对正弦查询表进行寻址，查询表把输入的地址相位信息映射成正弦波幅度信号，通过D/A变换器把数字量变成模拟量，再经过低通滤波器平滑并滤除不需要的取样分量，以便输出频谱纯净的正弦波信号。在参考频率为?s的情况下，DDS系统输出信号的频率f0为：

（3-2）

输出信号的频率分辨率Δf0为:

（3-3）

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generated by multiple frequency technology, which is the DDS technology [2]. Arbitrary waveform signal generator can meet the complex fields, user-defined signal, and the combination of computer technology and make it more accurate and stable. With the current development of electronic technology, the signal generator has a great application. 2. System

We designed a signal generator, which can produce several arbitrary waveforms. We can control the size of amplitude and frequency, providing a variety of signals to the test circuit.

Using AT89S52 micro controller, AD9850 (DDS) and digital-analog conversion technology, we complete hardware and software design. Through the keyboard input module, we can adjust the amplitude and frequency of the waveform. Waveform generation process is achieved by the micro controller. So theoretically we can write a program to generate any desired waveform. SCM generates digital signal. In order to obtain the desired waveform, we should have a single chip changing digital signals into analog signals.

AD9850 of the DDS chip is used to generate the waveform. The frequency data of external input can be transformed to frequency phase control words of chip by simple parallel or serial communication interface with the single chip microcomputer. Amplitude modulation is realized by the AD7520 chip. The system design is shown in Fig. 1.

The system uses SCM to control DDS chip AD9850 which produce the required signal for test instrument. SCM controls the multiplexer. The square wave or sine is DA converter AD7520's voltage reference signal. AD7520's output signal, after conditioning and amplification, is a 15V peak frequency signal. After complementary push-pull amplifier circuit, we finally get the necessary frequency signals. To ensure the signal stability peak and frequency when the load changes, the amplifier circuit in the amplifier outputs are added with the appropriate negative feedback. 3.Hardware

The circuit design is mainly two aspects including hardware and software design. The hardware part is the signal generation circuit, MCU control circuit, amplitude control circuit and display circuit. Software is mainly composed of main program and interrupt

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外文资料原文

routines.

The core controller is AT89S52. ATMEL AT89S52 produced by the U.S. is a low-voltage, high performance CMOS 8 bit micro controller chip with repeated contains 8k byte erasable read-only Flash program memory and 256 bytes of random access data memory. AT89S52 can operate down to 0Hz static logic to support two kinds of software-selectable power-saving mode [3].

In this design, SCM is the most important core component. Its work time is 12MHz. The internal flash stores the working procedures. Through the keyboard input, the circuit can know what is required to generate the waveform, the amplitude and frequency. We can also adjust any waveform of amplitude and frequency.

Fig. 1. The system scheme

In this system, we use an independent-type keyboard. The design uses a matrix keyboard, using the software scan button access to key information as necessary and achieving with software programming. This can save hardware resources, simplifying circuit design. By the matrix keyboard we can easily set on a variety of micro controllers.

In this design, P0 port is connected with the LCD display, AD9850 and the AD7520 IC chip is for data transmission. Because the original I/O ports are not enough, we need micro controller chip on the expansion of other peripheral interfaces. In this circuit, we use the 8255 chip, which is a programmable parallel I/O interface chip.

The highly integrated frequency synthesizer AD9850 is a typical use of DDS technology products. AD9850 uses advanced CMOS process. Its power supply is only 155mw at 3.3V. The extended industrial temperature range is from -40 to +80 centigrade degree with 28-pin Shrink Small Outline surface mount form.

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AD9850 DDS system includes programmable and high-speed comparators, all-digital programming to achieve the control of frequency synthesis. AD9850 can produce a frequency and phase is programmable control of the analog sine wave output when connected to the precision clock and the frequency of write. The sine wave frequency signal can be directly used as the source or the internal conversion of high-speed comparator for the square wave output. In the 125MHz clock, the 32-bit frequency control word can AD9850 output frequency resolution of 0.0291Hz [4].

In this circuit design, the control signal input from the D0-D7 into the register. In rising edge of W_CLK (P3.0) the first byte is loaded and the pointer moves to the next input register. A continuous 5 rising edge, it stops working. Then when the rising edge FQ_UD (P3.1), the data is loaded into the frequency/phase register. At this time the DDS output frequency and phase updates. Then the pointer reset and the circuit waits for the next frequency/phase control word input.

Display Module. Considering the actual situation, we adopt dot matrix LED to realize the display. LCD1602 can display the output waveform frequency, amplitude, and the specific type. LCD1602 and the PA port of 8255 chip are connected. Three terminals RS, RW, E connected the P2.7-P2.5 of micro controller respectively. The software can control the type of waveform display and waveform frequency.

RS is a register choice is to select the data register high, low, the instruction register. RW is the read write signal line, height is read, and write operation is low. When the RS and RW are low, the LCD can be written instruction or display the address. When RS is low and RW is high, the LCD can be read. When RS is low and high-RW, the LCD can be written data. E pin is the energy side. When the E pin is from high to low, the LCD execute commands.

AD9805 outputs constant wave amplitude. We use a D/A converter AD7520 to achieve amplitude adjustment.

The internal resistor network of AD7520 chip is composed of a programmable variable gain amplifier. AD7520 integrates the resistance network of 10 analog switches which are programmable. Internal resistor network with the AD7520 programmable amplifier are used as gain of the circuit [5].

Magnification can be adjusted between 1 to 1024, as long as the change BIT1-BIT10 the corresponding bit changes logic state can control the magnification. When

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外文资料原文

BIT1-BIT10 is 3FFH, the magnification is 1 time, which is 0dB. When 98H, the magnification is10 times, which is 20dB. To realize Programmable gain, we connect PC port of 74LS373 and P2 port of SCM with AD7520 pin BIT1-BIT10. Through program, the micro controller control I/O port output state to complete the programmable gain [5]. The system requires a 5V DC power supply to all circuits. DC power supply is generally composed of power transformer, rectifier, filter circuit and the voltage regulator circuit.

The role of power transformer is to transform 220V AC voltage power into AC voltage required by rectifier filter circuit. The role of rectifier is to transform AC voltage into DC voltage single pulse. Filter circuit is to filter out the rectified output voltage ripple. After the rectification circuit output, the waveform still contains a large AC component which will affect the normal operation of the load circuit. We need to filter through the filter capacitor ripple. Filter circuit is with capacitor filter circuit.

Fixed output voltage regulator part selects three-terminal integrated voltage regulator. The use of three terminal regulator can be easily integrated form of fixed output power supply. 4.Software

The software design adopts C programming language and programs different functional modules by the modularization program design idea. This structured approach enables program-level clarity, ease of use, maintenance, and debugging. The software design completes management of all the features of the signal generator, the initialization module, and the function modules of two parts. Initialization module is for the various hardware registers, data registers, and display device initialization. Initialization module design is composed of four parts-the microprocessor initialization, AD9850 chip initialization, AD7520 chip initialization and LCD1602 initialization.

Function module is a display module, keyboard input module and signal conditioning modules and amplitude components. The keyboard module is mainly used to set the frequency, phase and amplitude.

The main system software programming method uses the structural method. The function modules separate from the main program and subprograms generated waveforms. Delay can be inserted to change the frequency.

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Firstly, we perform the initialization of the micro controller, AD9850, AD7520 and LCD displays. Then we choose waveform by keyboard. The frequency adjustment is done through the AD9850 chip and the waveform amplitude modulation can be accomplished through the AD7520 chip.

The entire process to achieve the following functions: plug in the power, the liquid crystal display, and then loop. If a key is detected, it is implied that data transmission circuit begins. The program continues to detect the keyboard and the control of different keys have different functions.

As long as the signal generation module outputs a few basic waveforms through the keyboard control, AD9850 chip can produce different waveforms with different frequencies through the linear combination. The amplitudes are relatively stable. 5.Conclusion

The designed signal generator is mainly composed of AT89S52 single chip microcomputer, AD9850 DDS chip, AD7520 chip, display circuit and filter circuit. The single chip microcomputer controls the whole circuit, the signal frequency generated by the AD9850 chip. The signal is filtered through the filter circuit. The AD7520 chip adjusts the signal amplitude under the control of the AT89S52 single chip microcomputer. We can observe frequency and amplitude of the signal through display circuit. By using the AD9850 chip, it is relatively high stability and the wave generated by the nonlinear distortion factor is relatively small. The system is not only simple in structure, easy to implement, but also convenient and cheap. It has a theoretical and practical value. Acknowledgements

This work is supported by National Natural Science Foundation of China (No. 10904073) . References

[1] Yong lun Wan, Qiang Si, You xin Lu, Xue gang Wang. Ultra-wideband radar signals generated technology with two-channel.

Signal Processing, Volume 87, Issue 12, 2007, Pages 3101-3107.

[2] Walt Kester. Direct Digital Synthesis (DDS). Data Conversion Handbook, 2005, Pages 677-691. .

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第3章 硬件模块详解

3.5 LCD显示器

本设计中采用了LCD12864 液晶显示器，该显示器是128×64点阵式液晶，其结构框图见下图3-7。

图3-7 液晶结构图

3.5.1 综述

带中文字库的128X64 是一种具有4 位/8 位并行、2线或3线串行多种接口方式，内部含有国标一级、二级简体中文字库的点阵图形液晶显示模块；其显示分辨率为128×64, 内置8192个16*16 点汉字，和128个16*8点ASCII字符集.利用该模块灵活的接口方式和简单、方便的操作指令，可构成全中文人机交互图形界面。可以显示8×4行16×16 点阵的汉字，也可完成图形显示，低电压低功耗是其又一显著特点。由该模块构成的液晶显示方案与同类型的图形点阵液晶显示模块相比，不论硬件电路结构或显示程序都要简洁得多，且该模块的价格也略低于相同点阵的图形液晶模块。 3.5.2 基本特征

（1）低电源电压（VDD:+3.0--+5.5V）

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（2）显示分辨率:128×64点

（3）内置汉字字库，提供8192个16×16点阵汉字(简繁体可选) （4）内置 128个16×8点阵字符 （5）2MHZ 时钟频率

（6）显示方式：STN、半透、正显 （7）驱动方式：1/32DUTY，1/5BIAS （8）视角方向：6点

（9）背光方式：侧部高亮白色LED，功耗仅为普通LED 的1/5—1/10 （10）通讯方式：串行、并选可选

（11）内置DC-DC 转换电路，无需外加负压 （12）无需片选信号，简化软件设计

（13）工作温度: 0℃ - +55℃ ,存储温度: -20℃ - +60℃ 3.5.3 控制器接口信号说明

RS，R/W 的配合选择决定控制界面的4 种模式：

表3-1 功能管脚表

RS L L H H R/W L H L H 功能说明 MPU写指令到指令暂存器（IR） 读出忙标志（BF）及地址计数器（AC）的状态 MPU写入数据到数据暂存器（DR） MPU从数据暂存器（DR）中读出数据 表3-2 E信号

E状态 高?低 高 低/低?高 执行动作 I/O缓冲?DR DR?I/O缓冲 无动作 结果 配合/W进行写数据或指令 配合R进行读数据或指令 ● 忙标志:BF BF标志提供内部工作情况.BF=1 表示模块在进行内部操作,此时模块不接受外部指令和数据.BF=0 时,模块为准备状态,随时可接受外部指令和数据.利用STATUS RD 指令,可以将BF 读到DB7 总线,从而检验模块之工作状

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第3章 硬件模块详解

态。

● 字型产生ROM（CGROM） 字型产生ROM（CGROM）提供8192 个此触发器是用于模块屏幕显示开和关的控制。DFF=1 为开显示（DISPLAY ON),DDRAM 的内容就显示在屏幕上，DFF=0 为关显示（DISPLAY OFF)。DFF 的状态是指令DISPLAYON/OFF和RST信号控制的。

● 显示数据RAM（DDRAM）模块内部显示数据RAM 提供64×2 个位元组的空间，最多可控制4 行16 字（64 个字）的中文字型显示，当写入显示数据RAM 时，可分别显示CGROM 与CGRAM 的字型；此模块可显示三种字型，分别是半角英数字型(16*8)、CGRAM 字型及CGROM 的中文字型，三种字型的选择，由在DDRAM 中写入的编码选择，在0000H—0006H 的编码中（其代码分别是0000、0002、0004、0006共4 个）将选择CGRAM 的自定义字型，02H—7FH 的编码中将选择半角英数字的字型，至于A1 以上的编码将自动的结合下一个位元组，组成两个位元组的编码形成中文字型的编码BIG5（A140—D75F），GB（A1A0-F7FFH）。

● 字型产生RAM(CGRAM) 字型产生RAM 提供图象定义(造字)功能, 可以提供四组16×16 点的自定义图象空间，使用者可以将内部字型没有提供的图象字型自行定义到CGRAM 中，便可和CGROM 中的定义一样地通过DDRAM 显示在屏幕中。

● 地址计数器AC 地址计数器是用来贮存DDRAM/CGRAM 之一的地址,它可由设定指令暂存器来改变，之后只要读取或是写入DDRAM/CGRAM 的值时，地址计数器的值就会自动加一，当RS 为“0”时而R/W 为“1”时，地址计数器的值会被读取到DB6——DB0 中。

● 光标/闪烁控制电路

此模块提供硬体光标及闪烁控制电路，由地址计数器的值来指定DDRAM 中的光标或闪烁位置。

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第4章 硬件电路设计

硬件电路使用Altium Designer 15设计完成。主要包括STM32主控电路，AD9834电路，稳压电路，按键电路，串口电路，显示电路。

电路设计自动化 EDA（Electronic Design Automation）指的就是将电路设计中各种工作交由计算机来协助完成。如电路原理图（Schematic）的绘制、印刷电路板（PCB）文件的制作、执行电路仿真（Simulation）等设计工作。随着电子科技的蓬勃发展，新型元器件层出不穷，电子线路变得越来越复杂，电路的设计工作已经无法单纯依靠手工来完成，电子线路计算机辅助设计已经成为必然趋势，越来越多的设计人员使用快捷、高效的CAD设计软件来进行辅助电路原理图、印制电路板图的设计，打印各种报表。

Altium Designer 除了全面继承包括Protel 99SE、Protel DXP在内的先前一系列版本的功能和优点外，还增加了许多改进和很多高端功能。该平台拓宽了板级设计的传统界面，全面集成了FPGA设计功能和SOPC设计实现功能，从而允许 由工程设计人员能将系统设计中的FPGA与PCB设计及嵌入式设计集成在一起。于Altium Designer 在继承先前Protel软件功能的基础上，综合了FPGA设计和嵌入式系统软件设计功能，Altium Designer 对计算机的系统需求比先前的版本要高一些。

Altium Designer 是原Protel软件开发商Altium公司推出的一体化的电子产品开发系统，主要运行在Windows操作系统。这套软件通过把原理图设计、电路仿真、PCB绘制编辑、拓扑逻辑自动布线、信号完整性分析和设计输出等技术的完美融合，为设计者提供了全新的设计解决方案，使设计者可以轻松进行设计，熟练使用这一软件必将使电路设计的质量和效率大大提高。目前最高版本为：Altium Designer 15.0.7 Build 36915

4.1 STM32主控电路及液晶显示电路

用STM32的PB口作为数据线。PD2作为液晶背光控制端口。具体电路如下图4-1：

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第4章 硬件电路设计

图4-1 主控

复位电路及晶振电路，如图4-2：

图4-2 复位及晶振

LCD12864电路如图4-3：

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图4-3 液晶

4.2 AD9834信号源模块

信号输出端共有三路，分别输出正弦波、三角波、方波。输出端接口采用SMA接头，配合N头转接屏蔽线最终连接示波器如图4-4：

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第4章 硬件电路设计

图4-4 AD9834信号源

4.3 系统电源模块及DDS电源

系统采用MIC5219作为稳压芯片如图4-5：

图4-5 系统稳压源

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DDS采用AM1117线性稳压芯片如图4-6：

图4-6 DDS稳压电源

4.4 控制模块

采用5个独立的按键作为选择控制模块，调节信号的频率及功能，如图4-7：

图4-7 按键

4.5 串口模块

采用CP2102作为TTL电平转换芯片，用于串口调试，如图4-8：

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第4章 硬件电路设计

图4-8 CP2102电路

系统供电采用USB供电方式，如图4-9：

图4-9 USB接口及开关

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第5章 系统软件设计及调试

5.1 Keil软件的介绍

Keil MDK，也称MDK-ARM，Realview MDK、I-MDK、uVision4 等。目前Keil MDK 由三家国内代理商提供技术支持和相关服务。

MDK-ARM软件为基于Cortex-M、Cortex-R4、ARM7、ARM9处理器设备提 MDK-ARM专为微控制器应用而设计，供了一个完整的开发环境。不仅易学易用，而且功能强大，能够满足大多数苛刻的嵌入式应用。

MDK-ARM有四个可用版本，MDK-Basic、MDK-Standard、分别是MDK-Lite、MDK-Professional。所有版本均提供一个完善的C / C++开发环境，其中MDK-Professional还包含大量的中间库。

完美支持Cortex-M、Cortex-R4、ARM7和ARM9系列器件。 行业领先的ARM C/C++编译工具链

确定的Keil RTX ，小封装实时操作系统（带源码） μVision4 IDE集成开发环境，调试器和仿真环境 TCP/IP网络套件提供多种的协议和各种应用 提供带标准驱动类的USB 设备和USB 主机栈

为带图形用户接口的嵌入式系统提供了完善的GUI库支持

ULINKpro可实时分析运行中的应用程序，且能记录Cortex-M指令的每一次执行

关于程序运行的完整代码覆盖率信息

执行分析工具和性能分析器可使程序得到最优化

大量的项目例程帮助你快速熟悉MDK-ARM强大的内置特征 符合CMSIS (Cortex微控制器软件接口标准)

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第5章 系统软件设计及调试

Keil MDK是美国Keil Software公司出品的ARM系列嵌入式芯片C语言软件开发系统，与汇编相比，C语言在功能上、结构性、可读性、可维护性上有明显的优势，因而易学易用。Keil提供了包括C编译器、宏汇编、连接器、库管理和一个功能强大的仿真调试器等在内的完整开发方案，通过一个集成开发环境（uVision）将这些部分组合在一起。运行Keil软件需要WINXP、WIN7、WIN8、WIN10等操作系统。如果使用C语言编程，那么Keil几乎就是不二之选了，即使不使用C语言而仅用汇编语言编程，其方便易用的集成环境、强大的软件仿真调试工具也会令你事半功倍。

Keil MDK软件提供丰富的库函数和功能强大的集成开发调试工具，全Windows界面。另外重要的一点，只要看一下编译后生成的代码，就能体会到Keil MDK生成的目标代码效率非常之高，多数语句生成的代码很紧凑，容易理解。在开发大型软件时更能体现高级语言的优势。

5.2 系统软件设计

系统软件部分主要包括了具有友好界面的操作菜单，各种信号的设置和控制。正弦波产生过程为：频率设置，数据处理，然后控制DDS芯片完成各种频率的正弦波产生；调频信号产生过程：通过A/D转换器采集调制信号，然后根据调制信号的幅度计算出频偏，把频偏数据下载到DDS即可实现调频信号的产生。

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5.2.1 软件流程图

图5-1 系统软件流程图

5.2.2 系统软件设计原理

软件任务分析和硬件电路设计结合进行，哪些功能由硬件完成，哪些任务由软件完成，在硬件电路设计基本定型后，也就基本上决定下来了。

软件任务分析环节是为软件设计做一个总体的规划。从软件的功能来看可分为两大类：一类是执行软件，它能完成各种实质性的功能，如测量、显示、计算、打印、通信和输出控制等，另一类是监控软件，它是专门用来协调各执行模块与操作者之间的关系的，在系统软件中充当组织调度角色。这两类软件的设计方法各有特色，执行软件的设计偏重算法效率，与硬件关系密切，千变万化。

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第5章 系统软件设计及调试

软件任务分析时，应先将各执行模块一一列出，并为每一个执行模块进行功能定义和接口定义（输入输出定义）。在各执行模块进行定义时，将要牵扯到的数据结构和数据类型问题也一并规划好。

各执行模块规划好后，就可以监控程序了。首先根据系统功能和键盘设置选择一种最适合的监控程序结构。相对来讲，执行模块任务明确单纯，比较容易编程，而监控程序较易出问题。这如同当一名操作工人比较容易，而当一个厂长就比较难了。

软件任务分析的另一个内容是如何安排各个执行模块和监控软件。整个系统软件可分为前台程序和后台程序（背景程序）。前台程序安排一些实时性要求较高的内容，如定时系统和外部中断（如掉电中断）；而后台程序指主程序及其调用的子程序，这类程序对实时性要求不是太高，延误几十ms甚至几百ms也没关系，所以通常将监控程序（键盘解释程序），打印程序和显示程序等，与操作者打交道的程序放在后台程序中执行。不过也可以将全部程序均安排在前台，后台程序为“使系统进入睡眠状态”，以利于系统节电和抗干扰。

5.3 信号产生的程序

AD9834通过不同的时序控制产生信号，三角波和正弦波采用同一输出端，方波采用单独的输出端，产生波形的程序如下：

void AD9834_Select_Wave(unsigned int initdata) {

AD9834_FSYNC_SET; AD9834_SCLK_SET; AD9834_RESET_SET; AD9834_RESET_SET; AD9834_RESET_CLR;

AD9834_Write_16Bits(initdata); }

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功能：软件控制

IOUT正弦波，SIGNBITOUT方波，写FREQREG0，写PHASE0 ad99834_write_16bit(0x2002) 一次性写FREQREG0

ad99834_write_16bit(0x0038) 单独改写写FREQREG0的LSB ad99834_write_16bit(0x1038) 单独改写写FREQREG0的MSB

----------------------------------------------------------------------------------------------------------

IOUT三角波，写PHASE0

ad99834_write_16bit(0x2002) 一次性写FREQREG0

ad99834_write_16bit(0x0002) 单独改写写FREQREG0的LSB ad99834_write_16bit(0x1008) 单独改写写FREQREG0的MSB 参数：initdata –要输入的命令

----------------------------------------------------------------------------------------------------------

AD9834通过更改freq更改频率，其代码如下：

void AD9834_Set_Freq(unsigned char freq_number, unsigned long freq) {

Unsigned long FREQREG =

(unsigned long)(268435456.0/AD9834_SYSTEM_COLCK*freq); unsigned int FREQREG_LSB_14BIT = (unsigned int)FREQREG; unsigned int FREQREG_MSB_14BIT = (unsigned int)(FREQREG>>14); if(freq_number == FREQ_0) {

FREQREG_LSB_14BIT &= ~(1U<<15); FREQREG_LSB_14BIT |= 1<<14;

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第5章 系统软件设计及调试

FREQREG_MSB_14BIT &= ~(1U<<15); FREQREG_MSB_14BIT |= 1<<14; } else {

FREQREG_LSB_14BIT &= ~(1<<14); FREQREG_LSB_14BIT |= 1U<<15; FREQREG_MSB_14BIT &= ~(1<<14); FREQREG_MSB_14BIT |= 1U<<15; }

AD9834_Write_16Bits(FREQREG_LSB_14BIT); AD9834_Write_16Bits(FREQREG_MSB_14BIT); }

5.4 测试仪器

采用RIGOL DS1052E型50M双通道数字示波器。DS1052E型示波器以优异的技术指标及众多功能特性的完美结合，向用户提供了简单而功能明晰的前面板，以进行所有的基本操作。各通道的标度和位置旋钮提供了直观的操作，完全符合传统仪器的使用习惯，用户不必花大量的时间去学习和熟悉示波器的操作，即可熟练使用。为加速调整，便于测量，用户可直接按AUTO键，立即获得适合的波形显现和档位设置。 除易于使用之外，示波器还具有更快完成测量任务所需要的高性能指标和强大功能。通过1GSa/s的实时采样和25GSa/s的等效采样，可在示波器上观察更快的信号。强大的触发和分析能力使其易于捕获和分析波形。清晰的液晶显示和数学运算功能，便于用户更快更清晰地观察和分析信号问题。

DS1052E示波器向用户提供简单而功能明晰的前面板，以进行基本的操作。面板上包括旋钮和功能按键。显示屏右侧的一列5个灰色按键为菜单操作键（自上而下定义为1号至5号）。通过它们，可以设置当前菜单的不同选项；其它按键

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为功能键，通过它们，可以进入不同的功能菜单或直接获得特定的功能应用。如图5-2：

图5-2 前面板控制及功能

值得注意的是，MENU功能键的标识用一方框包围的文字表示，如

，代表前面板上的标注Measuee文字的透明功能键。

标识为

的多功能旋钮，用

表示。

表示。

表示。 表示。

两个标识为POSITION的旋钮，用两个标识为SCALE的旋钮，用标识为LEVEL的旋钮，用

菜单操作键的标识用带阴影的文字表示，如波形存储，表示存储菜单中的存储波形选项。

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第5章 系统软件设计及调试

图5-3 显示界面说明（仅模拟通道打开）

图5-4 显示界面说明（模拟和数字通道同时打开）

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5.4.1 技术性能

双模拟通道，每通道带宽：50MHz。高清晰彩色液晶显示系统：320×234分辨率。

支持即插即用闪存式USB存储设备以及USB接口打印机，并可通过USB存储设备进行软件升级。

模拟通道的波形亮度可调。自动波形、状态设置（AUTO）。

波形、设置、CSV和位图文件存储以及波形和设置再现。精细的延迟扫描功能，轻易兼顾波形细节与概貌。自动测量20种波形参数。自动光标跟踪测量功能。独特的波形录制和回放功能。内嵌FFT。

实用的数字滤波器，包含LPF，HPF，BPF，BRF。Pass/Fail检测功能，光电隔离的Pass/Fail输出端口。多重波形数学运算功能。

独一无二的可变触发灵敏度，适应不同场合下特殊测量要求。多国语言菜单显示。

弹出式菜单显示，用户操作更方便、直观。中英文帮助信息显示及支持中英文输入。

5.5 指标测试

5.5.1 正弦波指标测试

把正弦波输出端接入数字频率计，以1K，10K，100K，1M，5M，10M作为测试点，得到频率及峰峰值数据。 5.5.2 三角波指标测试

把三角波输出端接入数字频率计，以1K，10K，100K，1M，5M，10M作为测试点，得到频率及峰峰值数据。 5.5.3 方波指标测试

把方波输出端接入数字频率计，以1K，10K，100K，1M，5M，10M作为测

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第5章 系统软件设计及调试

试点，得到频率及峰峰值数据。

5.6 测试结果

频率为10Hz时的方波波形如下图5-5：

图5-5 10Hz方波

频率为10Hz时的三角波形如下图5-6：

图5-6 10Hz三角波

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电子科技大学成都学院本科毕业设计论文

频率为10Hz时的正弦波形如下图5-7：

图5-7 10Hz正弦波

频率为1KHz时的方波形如下图5-8：

图5-8 1KHz方波

频率为1KHz时的三角波形如下图5-9：

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第5章 系统软件设计及调试

图5-9 1KHz三角波

频率为1KHz时的正弦波形如下图5-10：

图5-10 1KHz正弦波

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电子科技大学成都学院本科毕业设计论文

参考文献

[1] 张有正，陈尚勤.频率合成技术[M].人民邮电出版社.1984.

[2] 黄爱蓉.高性能DDS信号产生器的设计研究[J].传感器与仪器仪表，2005，21(8):153-156. [3] 陈小忠.单片机接口技术实用子程序[M].北京:人民邮电出版社,2005.

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[5] 求是科技.单片机典型外围器件及应用实例[M].北京:人民邮电出版社,2006. [6] 高卫东.AD9850 DDS 芯片信号源的研制[J].实验室研究与探索,2000(5):43-48.

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[8] 肖汉波.一种基于DDS 芯片AD9850的信号源[J].电讯技术,2003(2):26-29.

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[11] Arthue Torosyan.Direet digital frequency synthesizers:ComPlete analysis and design guidelines[M].Los Angeles:University of California，2003.1一9.

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[15] 刑增平.Protel 99 SE 设计专家指导[M] . 北京:中国铁道出版社,2004.

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致谢

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电子科技大学成都学院本科毕业设计论文

附录

附录一：原理图及PCB图

图F-1 原理图

图F-2 PCB图

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外文资料原文

外文资料原文

Design of An arbitrary waveform signal generator

Xiao Chen and Jian xiang Chen

School of Electronic and Information Engineering, Nanjing University of Information Science and Technology, Nanjing 210044, China Abstract

Signal generator plays a very important role in communication, electronic measuring instruments, electronic circuits, automatic control, radar and other electronic systems. Direct Digital Synthesis (DDS) technology can easily control the frequency of the signal for direct synthesis of waveforms. This paper designed a signal generator with the amplitude and frequency modulation by using AD9850 as frequency synthesizer and AT89S52 single chip microcomputer (SCM) as the core. Detailed design principle and idea are discussed. AD9850 of the DDS chip is used to generate the waveform. The frequency data of external input can be transformed to frequency phase control words of chip by simple parallel or serial communication interface with the single chip microcomputer. Amplitude modulation is realized by the AD7520 chip. The system is not only simple in structure, easy to implement, but also convenient and cheap. It has a theoretical and practical value. 1.Introduction

Signal generator can be used as a signal source, which provides a known test signal to the circuit. It can be used to measure parameters of interest. In a variety of experimental test applications and processing, the signal source as the excitation source can simulate a variety of test signals, providing the practical needs to the circuit [1].

Signal generator play a very important role in communications, electronic measuring instruments, electronic circuits, automatic control, radar and other electronic systems. With the rapid development of digital technology, there has been high-precision digital-analog converter,digital control method by using a standard reference frequency

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