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基于AD9850的信号发生器.pdf

发布时间：2022-06-25 发布人：admin 分类：说明书 资料大小：1.54M 资料格式：pdf 举报 版权申诉
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    摘要 本设计是基于直接数字频率合成(DDS)原理，利用 AT89C51 单片机作为控制 器件，利用 DDS 器件 AD9850 模块设计一个正弦波信号发生器，并且阐述了信号 发生器的硬件设计和软件设计的各项参数。该信号发生器可输 100Hz-10MHz 范围 内可调的正弦波信号，且输出的正弦波频带较宽、频率稳定度高，波形良好。正 弦波信号发生器应用广泛，在调频技术领域和无线电通信技术领域具有比较广阔 的发展前景。 关键词:信号发生器、AD9850 芯片、单片机 、正弦波
    目录 1.正弦波信号发生器课程设计的目的........................................................................1 2.正弦波信号发生器的方案与原理框图....................................................................3 2.1 电路设计方案设计的选择................................................................................3 2.2 电路设计原理框图............................................................................................4 3.各部分电路的设计....................................................................................................5 3.1 主控制模块的设计.............................................................................................5 3.2 正弦波发生模块的设计.....................................................................................5 3.3 键控单元的设计.................................................................................................7 4.软件设计....................................................................................................................8 5.弦波信号发生器电路的安装与调试........................................................................9 5.1 100Hz 正弦波波形分析.....................................................................................9 5.2 10KHz 正弦波波形分析.....................................................................................9 5.3 10MHz 正弦波波形分析...................................................................................10 6. 结论.........................................................................................................................11 7.心得体会..................................................................................................................12 8. 参考文献.................................................................................................................13 附录一：电路原理图..................................................................................................14 附录二：实物图电路图..............................................................................................15 附录三：所用仪器和元器件清单..............................................................................16 附录四：控制程序......................................................................................................17 I
    1.正弦波信号发生器课程设计的目的 (1)通过设计制作正弦波信号发生器，了解并掌握简单电子电路的一般设计方法， 一定程度上具备初步的独立设计能力。 (2)学会有目的的查阅所需要的相关资料。 (3)通过查阅手册和文献资料，进一步熟悉电子器件的类型和特性，并掌握合理 选用的原则，进一步掌握相关电子仪器的正确使用方法。 (4)学会用 Altium Designer 软件绘出原理图（SCH）和印制电路板(PCB)，学会 用 Multisim 对电子电子电路进行仿真设计。 (5)初步掌握普通电子电路的安装、布线、调试、仿真的基本技能。 (6)提高综合运用所学的理论知识独立分析和解决问题的能力，学会撰写课程设 计总结报告,培养求知好学的品格和严谨的生活态度。 1
    2.正弦波信号发生器的方案与原理框图 2.1 电路设计方案设计的选择 目前正弦信号发生器的的制作一般采用如下方案： 方案一：直接利用单片机，通过编程产生正弦波信号。优点：简化了产生正 弦波信号所需的硬件和软件，电路结构比较简单。缺点：编程复杂，波形失真度 比较高，且不能达到要求输出的高频信号。 方案二：利用单片机直接控制数字频率合成芯片 DDS 产生正弦波，即通过单 片机程序、键盘，显示实现波形的数字控制，产生所需要的的正弦波信号。优点: 控制简单，波形效果好，频率带宽大，精确度高。缺点:硬件电路复杂，需要集 成模块。 方案三:采用反馈型 LC 振荡电路原理，选择合适的电容、电感就能产生相应的正 弦信号。优点:器件比较简单，成本低。缺点：难以达到高精度的程控调节，而 且波形稳定度不高。 综上：为了满足可调频率范围大，波形稳定度高的设计要求，同时兼顾成本， 节省硬件电路，方便实现程控调节。采用方案二更为合理。即利用 DDS 集成芯片 产生正弦波，此方法节省硬件电路，方便实现程控调节，精度易满足要求。正弦 波形的生成及频率控制均由单片机编程实现。产生的波形的频率范围、步进值取 决于所采用的每个周期的输出点数及单片机执行指令的时间。理论上基本能实现 设计所要求的功能。但是程序较为复杂，且产生的波形频率较高时会有失真现象。 2.1 电路设计原理框图 本次课程设计要求设计一个正弦波信号发生器。由于要求可断电保存，故可 使用的 16 位单片机 AT89C51 作为中央控制器，而 51 单片机的晶振一般选用 11.0592MHz 的晶振。为了简化电路，键控单元可以选用八位拨码开关，通过拨 码开关的开闭实现频率加减，步进幅度控制的功能。对于 DDS 芯片的选择，考虑 到输出波形稳定性，设计要求和性价比，可以采用目前技术最成熟，使用较为广 泛的 DDS 芯片 AD9850 芯片。 AD9850 是 ADI 公司生产的低功耗直接数字频率合成技术典型产品之一。 AD9850 具有频率转换速度快，频率分辨率高，相位噪声低，频率稳定度高等优 点。本设计的是以直接频率合成（DDS）器件 AD9850 和 MCS-51 单片机为核心， 配合必要的外围接口器件，在单片机编程软件的控制下，能够产生给定频率和起 始相位且附加调制信息的正弦波信号发生器。产生的的正弦波信号频率在 100Hz-10MHz 范围内可调，而且正弦波信号频率设定值可断电保存。操作简单、 快捷且稳定性高。系统设计的原理总框图如图 2.1 所示。 2
    键控 单元 11.0592 MHz 晶振 单片 机 控制信号 DDS 集成芯片 输出 FM 调频 AM 调幅 PSK、ASK 图 2.1 系统设计的总框图 3
    3. 各部分电路的设计 总设计电路由以下三部分电路构成，其中 51 单片机 AT89C51 作为信号发生 部分的中央控制器，并结合 DDS 芯片 AD9850，产生 100Hz-10MHz 频率可调的正 弦信号并在示波器上显示波形，频率大小通过键控模块进行调节。 3.1 主控制模块 采用单片机 AT89C51 作为控制核心来向 AD9850 发送控制字产生波形。此方 法操作简便、电路接口简单、成本低廉，且容易实现系统小型化。单片机最小系 统是控制核心的基础，它主要由时钟电路、电源、复位电路组成。通过单片机最 小系统，使用软件方式可以实现对波形的控制。如图 3.1 所示。 图 3.1 单片机最小系统图 3.2 正弦波发生模块 本次课程设计的正弦波输出模块采用 AD9850 模块，AD9850 模块是采用 ADI 应用最广泛的 DDS 制作的模块。它主要功能特点：模块能够输出正弦波和方波； 基本波形的频率范围 0-40MHz，但是频率在 20-30MHz 后谐波越来越大，波形会 越来越不干净；并口和串口数据输入可以通过一个跳帽选择，并且从产生 D/A 基准的管脚引出，方便做输出波形的幅度调节；比较器的基准输入端电压由可变 电阻产生，调节该电阻可以得到不同的占空比方波。AD9850 模块采用 125MHz 的 有源晶振。AD9850 模块的各引脚功能图和实物图如图 3.2 和图 3.3 所示. 4
    图 3.2 模块引脚功能图 AD9850 内部组成框图如图 3.4 所示 图 3.3 AD9850 模块实物图 图 3.4AD9850 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。这 40 位控制字可通过并行 方式或串行方式输入到 AD9850,在并行装入方式中，通过 8 位总线 DO-D7 将可数 5
    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/相位数据寄存器中更新 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 WCLK 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 WCLK 上升沿后，WCLK 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，重新进行循环。 3.3 键控模块的设计 键控模块在实际设计中采四个开关来制作。来控制频率加减，步进加减，且 每次步进幅度为十，通过调节步进的次数，可产生 100Hz-10MHz 内频率可调的正 弦信号。其原理图如图 3.5 所示。 图 3.5 键控模块图 6
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