课程实践报告

大连交通大学本科课程设计PAGE5引言在电子技术领域中，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。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、控制灵活方便等方面，并具有极高的性价比。现已广泛应用于通讯、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。信号发生器是一种常用的信号源,广泛应用于电子测量、自动控制和工程设计等领域。随着电子技术的发展,对信号源频率的稳定度、准确度以及频谱纯度的要求越来越高。DDS(直接数字合成)技术是从相位概念出发直接合成所需波形的一种新的频率合成技术,与传统的模拟式波形产生法相比,它具有相位变换连续、频率转换速度快、分辨率高、稳定度高、相位噪声小、便于集成、易于调整及控制灵活等多种优点。本次课程设计锻炼学生综合应用知识的能力，提高实践能力，加强理论与实践的联系。同时着重培养团队合作和创新能力，为以后的学习工作打下良好基础。1.系统设计原理采用DDS作为信号发生核心器件的全数控函数信号发生器设计方案，根据输出信号波形类型可设置、输出信号频率可数控、输出频率宽等要求，选用了美国A/D公司的AD9850芯片，并通过单片机程序控制和处理AD9850的32位频率控制字，再经放大滤波网络，从而实现了信号频率、类型以及输出等选项的全数字控制。本系统主要由单片机、DDS直接频率信号合成器、数字衰减电路、真有效值转换模块、A/D转换模块、数字积分选择电路等部分组成。单片机AT89S52是整个系统关键部分，通过对键盘进行扫描读入相位信息，经转换后输出到芯片AD9850，输出波形。键盘输入的数字信息经AT89S52控制的LCD1602显示1．1总体设计框图系统构成如下图3.1所示。LCD1602LCD1602键盘单片机AD9850低通滤波器信号输出图1.1系统框图2.系统硬件模块的组成2.1键盘控制模块图4.1键盘控制电路通过键盘对波形的频率进行控制2.2单片机控制模块主控电路中，以单片机为主体，通过分析键盘输入的数字值，对AD9850写入相应的控制字。它是系统的大脑。

AT89S52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。AT89S52具有以下标准功能：8k字节Flash、256字节RAM、32位I/O口线、看门狗定时器、2个数据指针、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、片内晶振及时钟电路。AT89S52的引脚结构如图：图2.1单片机AT89S52引脚结构图图4.3时钟电路XTAL1是片内振荡器的反相放大器输入端，XTAL2则是输出端，使用外部振荡器时，外部振荡信号应直接加到XTAL1，而XTAL2悬空。这里采用电容30pF，晶振采用12MHz。AT89C51的外部复位电路有上电自动复位和手动按键复位。本设计采用按键电平复位，电路图如图所示：2.3LCD显示模块1602型LCD可以显示2行16个字符，有8位数据总线D0～D7和RS，R/W，EN三个控制端口，工作电压为5V，并且具有字符对比度调节和背光功能[1]。图4.5LCD与单片机的接口电路2.4AD9850与单片机连接模块随着数字技术的飞速发展,用数字控制方法从一个参考频率源产生多种频率的技术,即直接数字频率合成(DDS)技术异军突起。美国AD公司推出的高集成度频率合成器AD9850便是采用DDS技术的典型产品之一。AD9850采用先进的CMOS工艺,其功耗在3.3V供电时仅为155mW,扩展工业级温度范围为－40～80℃,采用28脚SSOP表面封装形式。AD9850的引脚排列如图4.6所示,图4.7为其组成框图。中层虚线内是一个完整的可编程DDS系统,外层虚线内包含了AD9850的主要组成部分[2]。图4.6AD9850管脚排列图图4.7AD9850组成框图AD9850有40位控制字,32位用于频率控制,5位用于相位控制,1位用于电源休眠(Powerdown)控制,2位用于选择工作方式。在并行装入方式中,通过8位总线D0…D7将可数据输入到寄存器,在重复5次之后再在FQ-UD上升沿把40位数据从输入寄存器装入到频率/相位数据寄存器(更新DDS输出频率和相位),同时把地址指针复位到第一个输入寄存器。接着在W-CLK的上升沿装入8位数据,并把指针指向下一个输入寄存器,连续5个W-CLK上升沿后,W-CLK的边沿就不再起作用,直到复位信号或FQ-UD上升沿把地址指针复位到第一个寄存器[3]。图4.9控制字并行输入的时序图单片机与AD9850的接口图4.11AD9850与单片机连接3.软件设计与调试3．1程序流程图通过程序预置频率，并实现对频率步进的控制，处理用户由键盘键入的频率值，判断是否超出范围，生成频率控制字，经并行方式送入DDS，合成用户所需的频率，并通过程序实现频率的显示。程序流程图如下：图3.1程序流程图DDS的时钟频率很高，对周围电路有一定影响，在电路中采取了一些抗干扰措施，如：引线尽量短，减少交叉，每个芯片的电源与地之间都解忧去耦电容，数字地与模拟地分开。在LCD的显示调节时也要选取适当的电阻才能使液晶屏正常的显示，常选取的阻值为1000欧左右。3.2软件调试本系统的软件调试可以在Keiluvision2的环境中完成，程序调试无误后，可以装入Proteus中进行仿真，也可以直接下载到单片机中进行调试。采用自下而上即单独调试好每一个模块后，再连接成一个完整的系统调试。结论课程设计完成的主要工作是完成单片机控制AD9850产生正弦信号，并能显示出相对应的频率，且使频率在0～20MHz的范围内能进行调整。通过搜集目前DDS技术的相关资料，了解国内外DDS信号发生器的相关制作方法，并通过设计方案的比较，针对设计任务提出了可行方案。在设计方案中，结合单片机的功能特点及其控制特性，以单片机作为控制的核心。根据设计方案，详细地阐述了单片机的控制原理、AD9850的使用方法、PCB板的制作，设计了相应的硬件电路和系统软件，制作了电路原理样机并进行调试。结果表明，所设计的电路和软件能完成基本的测试功能。课程设计结束了，留给了我很深的思考，只有通过学习才能获得知识，开始时并不是什么都会，但是只要努力了就一定会有收获虽然中间的过程很辛苦，但是只要有结果，就可以忘记艰辛的过程。参考文献[1]刘建辉.单片机智能控制技术[M].北京：国防工业出版社，2007.4.[2]闫玉德.MCS-51单片机原理与应用（C语言版）[M].北京：机械工业出版社，2003.1.[3]刘伟.基于AD9850芯片的信号发生器的研究[M].苏州：苏州大学出版社，2002.4.附录附录A硬件原理图附录B程序#include<reg52.h>#include<intrins.h>#defineucharunsignedchar#defineuintunsignedintsbitW_CLK=P1^7;sbitPQ_UD=P1^6;sbitRET=P1^4;ucharword[5]={0x00,0x00,0x00,0x00,0x00};unsignedlongintk=107.37*1000;//15000000就是所要输出的频率值，//若晶振不同为其他频率更改数值就行了voidchang(unsignedlongintk){word[1]=(k>>24)&0xff;word[2]=(k>>16)&0xff;word[3]=k>>8&0xff;word[4]=k&0xff;}delay_1ms(uintt){uinti,j;for(i=0;i<t;i++)for(j=0;j<120;j++);}main(){uinti;RET=1;delay_1ms(100);