基于单片机及AD9850的正弦信号发生器设计说明书 - 图文

陕西理工学院毕业设计

[摘要] 本设计使用51单片机对DDS芯片进行控制，利用DDS造波的方法产生需要的正弦信号.用户可以根

据需要对芯片设定一个频率值或相位值,通过单片机传输芯片控制字对芯片输出的频率和相位进行调节,达到用户所要求的信号。本设计采用模块化设计的方法，不同的模块为实现不同的功能而设计，总体由单片机控制协调工作。利用51单片机控制DDS芯片造波，具有如下优越性：1.造价低廉。51系列单片机应用广泛，价格低廉，比较容易购买，DDS芯片价格较单片机稍高，但与价格成百上千的成品信号发生器相比，本设计经济优势显著。2.电路简单。本设计利用单片机进行数字化控制，外围元件较少，仅需辅以少量的阻容元件用于电流电压匹配控制以及滤波电路既可。3.频率控制准确高效。数字化控制的最大优点即控制准确。本设计选用的DDS芯片内置32位高速数模转换器，分辨率高，响应快。

[关键词] 51单片机；DDS造波；频率;

The Design of Sinusoidal Signal Generator Based on Singlechip

Fan Pengxing

[Abstract]: The design use 51series’ singlechip to control DDS chip’s working. Using DDS method to produce sine

signal. The user can set a frequency or phase value freely.To achieve the user request signal,the singlechip need sending a control word to DDS chip,which determines the frequency and phase values. This design uses the modular design method, different modules designed for different functions.Singlechip responsible for coordination of all work.The benefits of DDS method to produce sine signal as follows:1.low cost. The 51 series’singlechip’s application are range,so they have low price and are easy to purchase.The price of DDS chip is slightly higher than singlechip.but to compare with the commodity signal generator which values hundreds even thousands,the advantages of this design is obvious.2.Simple circuit..Benefits which digital control takes is Peripheral element is less.It’s only need a few capacitance and resistance element for crrent and voltage matching and filter.3. Frequency control is accurate and efficient. Frequency control is accurate and efficient.This design using DDS chip with 32 bit high speed D/A converter,which has a high resolution, fast response.

[Key words]: 51 singlechip;DDS method to produce signal; Frequency;

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目录

The Design of Sinusoidal Signal Generator Based on Singlechip ....................................... 1

引言 .............................................................................................................................. 4 1 绪论 .......................................................................................................................... 5

1.1单片机在函数信号发生器中的应用 ............................................................................ 5 1.2发展现状 ......................................................................................................................... 5 1.3项目可行性研究 ............................................................................................................. 5 1.4设计任务和要求 ............................................................................................................. 6

2.方案及工作原理 ....................................................................................................... 6

2.1方案设计 ......................................................................................................................... 6 2.1.1方案一 .......................................................................................................................... 6 2.1.2 方案二 ......................................................................................................................... 6 2.1.3 方案三 ......................................................................................................................... 6 2.1.4 方案四 ......................................................................................................................... 6 2.2 DDS工作原理 ................................................................................................................ 7 2.3 DDS移相原理 ................................................................................................................ 7

3.电路设计 ................................................................................................................... 8

3.1设计思路 ......................................................................................................................... 8 3.2元件选型 ......................................................................................................................... 8 3.3系统总体框图 ................................................................................................................. 8 3.4 STC89C52RC单片机..................................................................................................... 9 3.5 AD9850芯片 ................................................................................................................ 10 3.5.1 AD9850芯片简介 ..................................................................................................... 10 3.5.2 AD9850工作方式介绍 ............................................................................................. 11 3.5.3相位控制字的计算 .................................................................................................... 11 3.6 1602LCD显示屏 .......................................................................................................... 12 3.6.1液晶概述 .................................................................................................................... 12 3.6.2接口信号说明 ............................................................................................................ 12

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3.6.3 1602地址说明 ........................................................................................................... 13 3.6.4 1602指令码说明 ....................................................................................................... 13 3.6.5 1602LCD写操作时序图 ........................................................................................... 13 3.7低通滤波器的设计 ....................................................................................................... 14 3.7.1低通滤波器 ................................................................................................................ 14 3.7.2低通滤波器的选型 .................................................................................................... 14 3.7.3低通滤波器的设计 .................................................................................................... 14 3.8总电路原理图 ............................................................................................................... 16 3.9硬件调试 ....................................................................................................................... 16 3.10参数测量及误差分析 ................................................................................................. 20 3.10.1参数测量 .................................................................................................................. 20 3.10.2误差分析 .................................................................................................................. 20

4.软件设计 ................................................................................................................. 21

4.1主程序流程图 ............................................................................................................... 21 4.2源程序 ........................................................................................................................... 22

总结 ............................................................................................................................ 23 致谢 ............................................................................................................................ 24 参考文献 .................................................................................................................... 25 附录 ............................................................................................................................ 26

附录A：文献原文 ............................................................................................................. 26 附录B：外文文献翻译； ................................................................................................. 34 附录C：电路原理图 ......................................................................................................... 41 附录D：元器件清单表。 ................................................................................................. 43 附录E：源程序 ................................................................................................................. 44

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引言

随着数字电子技术的发展正弦信号发生器作为电子技术领域中最基本的电子仪器，广泛应用于航空航天测控、通信系统、电子对抗、电子测量、科研等各个领域中。随着电子信息技术的发展，对其性能的要求也越来越高，如要求频率稳定性高、转换速度快，具有调幅、调频、调相等功能，另外还经常需要两路正弦信号不仅具有相同的频率，同时要有确定的相位差。

随着数字信号处理和集成电路技术的发展，直接数字频率合成（DDS）的应用也越来越广泛。直接数字频率合成是一种新的频率合成技术和信号产生的方法，具有超高速的频率转换时间、极高的频率分辨率分辨率和较低的相位噪声，在频率改变与调频时，DDS能够保持相位的连续，因此很容易实现频率、相位和幅度调制。此外，DDS技术大部分是基于数字电路技术的，具有可编程控制的突出优点。因此，这种信号产生技术得到了越来越广泛的应用，很多厂家已经生产出了DDS专用芯片，这种器件成为当今电子系统及设各中频率源的首选器件。本课题的目的就是依据DDS原理，利用DDS芯片设计出一个能随意调节频率和相位值得正弦信号发生器。

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1 绪论

1.1单片机在函数信号发生器中的应用

在当今电子领域尤其是自动化智能控制及检测领域，传统的分立元件或数字逻辑电路构成的控制系统，正以逐步被单片机控制系统所取代。单片机具有体积小、功能强、成本低、应用面广（在各种仪器仪表生产单位、石油、化工、纺织、机械加工等各个行业中都有广泛应用）等优点，可以说智能控制与自动控制的核心就是单片机。

学习单片机最有效的方法就是理论与实践并重，毕业设计就为我们提供了这样一个合适的平台。基于单片机的正弦信号发生器的设计，该课题的设计目的就是让我充分运用大学期间所学专业知识，结合动手实践的能力，完成一个有实际意义的、有实用性的作品。通过对作品设计，提高单片的应用能力。本设计中，单片机担任着举足轻重的任务，它是整个系统的大脑和核心，其他各分立模块均由单片机分管掌控，协调工作。如单片机不但要负责键盘按键输入的检测，而且要负责显示屏实

时信息的输出，更要按照用户的要求及时的将工作命令发送到DDS芯片中去。 1.2发展现状

信号发生器是一种历史悠久的测量仪器。早在二十年代当电子设备刚开始出现时它就出现了。随着通信和雷达技术的发展四十年代出现了主要用于测试各种接收机的标准信号发生器使信号发生器从定性分析的测试仪器成为定量分析的测量仪器。同时还出现了可用来测试脉冲电路或用作脉冲调制器的脉冲信号发生器。由于早期的信号发生器机械结构比较复杂功率比较大电路比较简单 与数字仪器、示波器等相比因此发展速度较慢。直到1964年才出现了第一台全晶体管的信号发生器。

自六十年代以来信号发生器有了迅速的发展出现了函数发生器、扫频信号发生器、合成信号发生器、程控信号发生器等新种类。各类信号发生器的主要性能指标也都有了大幅度的提高同时在简化机械结构、小型化、多功能等各方面也有了显著的进展。

信号发生器的应用非常广泛，种类也相当繁多。首先，信号发生器可以分为通用和专用两大类。专用信号发生器主要是为了某种特殊的测量目的而研制的，如电视信号发生器、编码脉冲信号发生器等。这种发生器的特性是受测量对象的要求所制约的。其次，信号发生器按输出波形又可分为正弦波形发生器、脉冲信号发生器、函数发生器和任意波形发生器等。再次，按其产生频率的方法又可分为谐振法和合成法两种。一般传统的信号发生器都采用谐振法，即用具有频率选择性的回路来产生正弦振荡，获得所需频率。但也可以通过频率合成技术来获得所需的频率，利用频率合成技术制成的信号发生器，通常被称为合成信号发生器。

目前国内生产的波形发生器大部分是利用分立元件及模拟集成电路构成的转换量程靠手动来实现不仅体积大而且可靠性和准确度很难进一步提高。 1.3项目可行性研究

基于单片机的信号发生器的设计，将采用单片机控制DDS芯片的方法来实现正弦波的发生，在有余力的基础上尽可能的实现锯齿波、矩形波。根据设计的要求，可以使用多种方案完成造波过程。函数信号发生器电路中使用的器件可以是分立器件，也可以是集成器件。产生的正弦波，可以通过整形电路将正弦转化为方波，经过积分电路将其变为三角波。也可以先产生三角波，再将三角波或方波转化为正弦波。随着电子技术

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