dds課程設計---基于dds的波形發(fā)生器設計

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文檔簡介

1、　　課程設計說明書　　學生姓名： 　　學號： 　　學院：信息與通信工程學院

2、專業(yè)：電子信息科學與技術 　　題目：基于DDS的波形發(fā)生器設計 　　2012年1月5日　　課程設計任務書　　課程設計任務書&

3、lt;/p>　　目錄 　　1 DDS介紹 ………………………………………6　　2 AD9850簡介 ………………………………………11 2.1芯片性能 ……………………………………

4、………11　　2.2AD9850的控制字及控制時序 …………………………………12　　2.3管腳定義 ………………………………………13　　3 硬件部分 ……………………………………13　　3.1基于AD9850的模塊原理

5、圖 …………………………………13 3. ２硬件電路設計 ……………………………………14　　4 軟件部分 …………………………………16　　4．１軟件部分設計 ………………………………………16　　4.２參考程序

6、 ………………………………………17　?。挡ㄐ螆D ………………………………………26　　6結(jié)束語 ………………………………………29 　　7參考文獻 ………………………………………30　　基于DDS

7、、AD9850芯片波形發(fā)生器的設計　　摘要：基于直接數(shù)字頻率合成 (DDS) 原理，利用 AT89C52 單片機作為控制器件，采用 AD9850型DDS器件設計一個信號發(fā)生器。給出了信號發(fā)生器的硬件設計和軟件設計參數(shù)，該系統(tǒng)可輸出正弦波、方波，且頻帶較寬、頻率穩(wěn)定度高，波形良好。該信號發(fā)生器具有更強的市場競爭力，在跳頻技術、無線電通信技術方面具有比較廣闊的發(fā)展前景。

8、　　關鍵詞：信號發(fā)生器；直接數(shù)字頻率合成；AD9850 芯片；AT89C52 單片機　　1 DDS介紹　　一、DDS 引言　　頻率合成技術是將一個（或多個）基準頻率變換成另一個（或多個）合乎質(zhì)量要求的所需頻率的技術

9、。在通信、雷達、導航、電子偵察、干擾與抗干擾等眾多領域都有應用。隨著各種頻率合成器和頻率合成方案的出現(xiàn)，頻率合成技術得到了不斷的發(fā)展。　　1971年3月美國學者J.Tierncy，C.M.Rader和B.Gold首次提出了直接數(shù)字頻率合成（DDS__Direct Digital Synthesis）技術。這是一種從相位概念出發(fā)直接合成所需要的波形的新的全數(shù)字頻率合成技術。同傳統(tǒng)的頻率合成技術相比

10、，DDS技術具有極高的頻率分辨率、極快的變頻速度，變頻相位連續(xù)、相位噪聲低，易于功能擴展和全數(shù)字化便于集成，容易實現(xiàn)對輸出信號的多種調(diào)制等優(yōu)點，滿足了現(xiàn)代電子系統(tǒng)的許多要求，因此得到了迅速的發(fā)展。　　目前市面上的DDS芯片，價格昂貴、功能固定單一，應用受到限制。本綜合實驗項目采用基于FPGA的EDA技術設計實現(xiàn)DDS芯片，并可以根據(jù)實際需要對其功能進行靈活地修改，配置。&

11、lt;p>　　二、DDS 工作原理　　一個純凈的單頻信號可表示為：　　（2-1）　　只要它的幅度U和初始相位不變，它的頻譜就是位于的一條譜線。為了分析簡化起見，可令U=1，=0，這將不會影響對頻率的研究。即：

12、　（2-2）　　如果對（2-2）的信號進行采樣，采樣周期為（即采樣頻率為），則可得到離散的波形序列：　?。?-3）　　相應的離散相位序列為：　　（2-4）

13、　　式中：　　（2-5）　　是連續(xù)兩次采樣之間的相位增量。根據(jù)采樣定理：　?。?-6）　　只要從（2-3）出來的離散序列即可唯一的恢復出（

14、2-2）的模擬信號。從（2-2）可知，是相位函數(shù)的斜率決定了信號的頻率；從（2-5）可知，決定相位函數(shù)斜率的是兩次采樣之間的相位增量。因此，只要控制這個相位增量，就可以控制合成信號的頻率?，F(xiàn)將整個周期的相位2分成M份，每一份為，若每次的相位增量選擇為的K倍，即可得到信號的頻率：　?。?-7）　　相應

15、的模擬信號為：　?。?-8）　　式中K和M都是正整數(shù)，根據(jù)采樣定理的要求，K的最大值應小于M的1/2。　　綜上所述，在采樣頻率一定的情況下，可以通過控制兩次采樣之間的相位增量（不得大于π）來控制所得離散序列的頻率，經(jīng)保持、濾波之后可唯一的恢復出此頻率的模擬

16、信號。　　DDS工作原理框圖如圖2.1所示：　　圖2.1 DDS原理框圖　　其實質(zhì)是以基準頻率源（系統(tǒng)時鐘）對相位進行等間隔的采樣。由圖2.1見，DDS 由相位累加器和波形存儲器（即，ROM查詢表）構成的數(shù)控振蕩器（NCO_ Numerically Controlled Oscillators）、數(shù)模轉(zhuǎn)換器（DA

17、C）以及低通濾波器（LPF）三部分組成。在每一個時鐘周期，N位相位累加器與其反饋值進行累加，其結(jié)果的高L位作為查詢表的地址，然后從ROM中讀出相應的幅度值送到DAC。再由DAC將其轉(zhuǎn)換成為階梯模擬波形，最后由具有內(nèi)插作用的LPF將其平滑為連續(xù)的正弦波形作為輸出。因此，通過改變頻率控制字K就可以改變輸出頻率。　　在這里

18、　　，。　　由上面的分析可得DDS的輸出頻率：　?。?-9）　　由上式可知，DDS的最小輸出頻率為：　?。?-10）

19、　　DDS的頻率分辨率為：　　（2-11）　　DDS頻率輸入字的計算：　　FW(N-1:0) = 2Nf0/fc （2-12）　　DDS基本結(jié)構組成<

20、;/p>　　一個基本的DDS系統(tǒng)由數(shù)控振蕩器（NCO）、數(shù)模轉(zhuǎn)換器（DAC）和低通濾波器（LPF）三部分構成，如圖3.1所示：　　圖3.1 DDS的基本結(jié)構　　數(shù)控振蕩器（NCO）產(chǎn)生頻率可控制的數(shù)字正弦載波，通過數(shù)模轉(zhuǎn)換器（DAC）得到模擬正弦波，最后經(jīng)過低通濾波器（LPF）除去各種干擾信號。<

21、;p>　　本實驗項目中的設計主要針對數(shù)控振蕩器（NCO）部分，DAC部分直接采用實驗系統(tǒng)箱提供的數(shù)/模轉(zhuǎn)換電路。　　四、DDS的設計　　在DDS的設計中其最基本的構件是相位累加器和波形存貯器。通常也可在波形存貯器前面加一個相位調(diào)制器，使其具有相位調(diào)制的功能，為了防止頻率控制字、相位控制字改變時干擾相位累加器和相

22、位調(diào)制器的正常工作，分別在這兩個模塊前面加入了兩組寄存器，從而靈活且穩(wěn)定地控制頻率字和相位字的輸入。如圖4.1所示:　　圖中相位累加器（phasea）是整個DDS的核心，在這里完成相位累加功能，其輸入是相位增量，又可稱為頻率控制字，由于與輸出頻率是簡單的線性關系：　?。?－1）

23、;　　事實上當基準時鐘是時，就等于。　　相位調(diào)制器(phasemod)接收相位累加器的相位輸出，在這里加一個相位偏移值，主要用于實現(xiàn)信號的相位調(diào)制，如PSK（相移鍵控）等，在不使用時可以去掉該部分，或加一個固定的相位控制字。　　波形存儲器（即，正弦ROM查找表）(sinlup)把存儲在相位累加器中的抽樣值轉(zhuǎn)換成正弦波幅度的數(shù)字量函數(shù)，可理解為相位到幅度

24、的轉(zhuǎn)換。它的輸入是相位調(diào)制器輸出的高M位（而并非全部N位）值，將其作為正弦ROM查找表的地址值；查詢表把輸入的地址相位信息映射成正弦波幅度信號；輸出送往DAC，轉(zhuǎn)化為模擬信號。　　2 AD9850簡介　　2.1芯片性能　　隨著數(shù)字技術的飛速發(fā)展，用數(shù)字控制方法從一個參考

25、頻率源產(chǎn)生多種頻率的技術，即直接數(shù)字頻率合成（DDS）技術異軍突起。美國AD公司推出的高集成度頻率合成器AD9850便是采用DDS技術的典型產(chǎn)品之一。AD9850采用先地蝗CMOS工藝，其功耗在3.3V供電時僅為155mW，擴展工業(yè)級溫度范圍為-40～80℃，采用28腳SSOP表面封裝形式。AD9850的引腳排列，圖2為其組成框圖。圖2中層虛線內(nèi)是一個完整的可編程DDS系統(tǒng)，外層虛線內(nèi)包含了AD9850的主要組成部分。AD9850內(nèi)含可

26、編程DDS系統(tǒng)和高速比較器，能實現(xiàn)全數(shù)字編程控制的頻率合成。可編程DDS系統(tǒng)的核心是相位累加器，它由一個加法器和一個N位相位寄存器組成，N一般為24～32。每來一個外部參考時鐘，相位寄存器便以步長M遞加。相位寄存器的輸出與相位控制字相加后可輸入到正弦查詢表地址上。正弦查詢表包含一個正弦波周期的數(shù)字幅度信息，每一個地址對應正弦波中0°～360°范圍的一個相位點。查詢表把輸入地址的相位信息映射成正弦波幅度信號，然后驅(qū)動D

27、AC以輸出模式量。相位寄存器每過2N/M個外部參考時鐘后返回到初始狀態(tài)一次，相位地正弦查詢表　　2 .2　AD9850 的控制字及控制時序　　AD9850 的控制字有 40 位 ,其中 32 位是頻率控制位 ,5 位是相位控制位 ,1 位是電源休眠控制位 ,2 位是工作方式選擇控制位。在應用中 ,工作方式選擇位設為00 ,因為 01 ,10 ,11 已經(jīng)

28、預留作為工廠測試用。頻率控制位可通過下式計算得到:f out = ( f r ×W) / 232其中: f out 要輸出的頻率值; f r 為參考時鐘頻率;W 為相應的十進制頻率控制字, 然后轉(zhuǎn)換為十六進制即可。AD9850 有串行和并行兩種控制命令字寫入方式。其中串行寫入方式是采用 D7 作　　為數(shù)據(jù)輸入端 ,每次W_CL K的上升沿把一個數(shù)據(jù)串行移入到輸入寄存器40 位數(shù)據(jù)都移入

29、后 ,FQ_UD 上升沿完成輸出信號頻率和相位的更新。串行控制字的寫入時序如圖 3 所示。但是要注意的是 ,此時數(shù)據(jù)輸入端的三個管腳不可懸空 ,其中D0 ,D1 腳接高電平 ,D2 腳要接地。　　圖（2）　　圖（3）

30、2.3管腳定義　　3 硬件部分　　3.1基于AD9850的模塊原理圖　?。常灿布娐吩O計　　AD9850 控制字的寫入方式有串行和并行兩種。并行寫入方式的優(yōu)點是數(shù)據(jù)傳輸?shù)乃俣?/p>

31、快 ,能夠提升整個系統(tǒng)的處理速度 ,但占用的單片機的 I/ O 口資源太多。與并行方式相比 ,串行寫入方式在數(shù)據(jù)傳輸?shù)乃俣壬弦?,但它更大優(yōu)點是能節(jié)省很多 I/ O 口資源[8 ]。所以 ,本系統(tǒng)采用A T89S52 單片機作為控制核心 ,通過串行寫入控制字的方式控制 AD9850 芯片 ,加上鍵盤和L ED 顯示部分等外圍電路 ,構成整個系統(tǒng)電路。為了詳細介紹 AD9850 的用法 ,這里重點給出本系統(tǒng)中A T89S52 單片機與

32、 AD9850 芯片連接電路 ,如圖 4 所示 ,其中 R1 = 1 kΩ, R2 = 10kΩ, R3 = 1kΩ,單片機晶振選用12 MHz ,電容采用 30 p F 經(jīng)典值。單片機采用12 MHz晶振時 ,它的高電平時間能夠滿足 AD9850 。　　圖（４）　　4軟件部分&

33、lt;/p>　　4．１　軟件部分設計　　軟件程序的功能就是通過程序使整個系統(tǒng)按照人們的設想要求工作起來 ,本系統(tǒng)中最主要的部分就是將AD9850 的 40 位控制字通過單片機寫入到 AD9850 芯片內(nèi) ,系統(tǒng)的程序流程圖如圖 4 所示。要根據(jù)寫入控制字方式的不同嚴格按照 AD9850 的時序圖來編寫控制字寫入子程序。本文主要給出串行寫入方式的C源程序以供讀者調(diào)試

34、參考。　?。?lt;/b>　　4.２參考程序　　/******************************************* 　　函數(shù)：關于AD9850的DDS調(diào)頻<p

35、>　　********************************************/　　#include <reg52.h>　　#include <intrins.h>　　#include <string.h>　　#d

36、efine uchar unsigned char 　　#define uint unsigned int　　#define WRITE_DATA_IO P1 //定義AD9850數(shù)據(jù)端口　　#define LED_DATA_IO P0 //定義LED燈數(shù)據(jù)端口<p

37、>　　Unsigned char code duanma[]={0x3f,0x06,0x5b,0x4f,0x66,0x6d,0x7d,0x07,0x7f,0x6f,0x80};//設置數(shù)碼管段碼0-9　　unsigned char code weima[]={0xfe,0xfd,0xfb,0xf7,0xef,0xdf,0xbf,0x7f};//設置數(shù)碼管位碼</p&g

38、t;　　uchar WRITE_DATA[5]; //9850頻率和控制字,WRITE_DATA[5]為控制字，其他32位為頻率字　　uchar display_data[8]; //8位數(shù)碼管的數(shù)值　　unsigned long frequence; //無符號長整形數(shù)值，我們需要輸入的頻率<

39、;p>　　uint MHZ, KHZ , HZ; //將需要的頻率分解為MHZ，KHZ，HZ　　uchar AD9850_temp; //AD9850工作標志位　　sbit W_SLK = P2^0; //AD9850字節(jié)輸入，上升沿有效　　sbit DQ_VD = P2^1;

40、//AD9850四字節(jié)輸入后，上升沿有效　　sbit key_unit = P2^2; //按鍵的個位　　sbit key_decade = P2^3; //按鍵的十位　　sbit key_power = P2^4; //按鍵的十次冪 　　sbit key_sure

41、 = P2^5; //按鍵確認　　sbit weila = P2^6;//LED數(shù)碼管的位碼　　sbit duanla = P2^7;//LED數(shù)碼管的段碼　　/*******************************************　　函

42、數(shù)：延時函數(shù)，延時tms　　入口函數(shù)：無　　出口頻率：無　　********************************************/　　void delay1ms(uchar

43、t)　　{　　uchar tt;　　while(t--)　　{　　tt= 125;</b&

44、gt;　　while(tt--);　　}　　}　　/*************************LED顯示函數(shù)**************************************/&

45、lt;/p>　　/*******************************************　　函數(shù)：初始化定時器0　　入口函數(shù)：無　　出口頻率：無

46、　　********************************************/　　void INIT_time0()　　{　　TMOD |= 0x01;　　TH0 = -2000 / 256;&

47、lt;p>　　TL0 = -2000 % 256;　　EA = 1;　　ET0 = 1;　　TR0 = 1;　　}

48、　　/*******************************************　　函數(shù)：LED數(shù)碼管在start位開始顯示num數(shù)據(jù)　　入口函數(shù)：start是數(shù)據(jù)從第幾位顯示，num是顯示多少位　　出口頻率：無&

49、lt;/p>　　********************************************/　　void LED_display(uchar start, uchar num)　　{　　static unsigned char i =

50、 0;　　uchar delay = 15;　　if(AD9850_temp == 1)　　{　　display_data[0] = MHZ / 10; //將頻率分解讓數(shù)碼管顯示　　d

51、isplay_data[1] = MHZ % 10;　　display_data[2] = KHZ / 100;　　display_data[3] = KHZ % 100 / 10;　　display_data[4] = KHZ % 10;　　display_data[5

52、] = HZ / 100;　　display_data[6] = HZ % 100 / 10;　　display_data[7] = HZ % 10;　　}　　LED_DATA_IO = 0xed; //顯示兩個小數(shù)點<

53、/p>　　weila = 1; //位碼鎖存　　weila = 0;　　LED_DATA_IO = duanma[10];　　duanla = 1;　　duanla = 0;<

54、p>　　while(delay--);　　LED_DATA_IO = weima[i+start];　　weila = 1;　　weila = 0;　　LED_DATA_IO = duanma[display_data[i]];<p&g

55、t;　　duanla = 1;　　duanla = 0;　　i++;　　if(i == num)　　i = 0; 　　}&l

56、t;p>　　/*******************************************　　函數(shù)：中斷函數(shù)　　入口函數(shù)：無　　出口頻率：無　　**************

57、******************************/　　void INT_time0() interrupt 1　　{　　TH0 = -2000 / 256;　　TL0 = -2000 % 256;&

58、lt;p>　　LED_display(0, 8);　　}　　/*************************按鍵函數(shù)*************************************/　　/**********************************

59、*********　　函數(shù)：按鍵初始化，確定頻率的大小　　入口函數(shù)：無　　出口頻率：無　　********************************************/<

60、/p>　　void INIT_key()reentrant //可從入函數(shù)　　{　　uchar unit = 0,decade = 0, power = 0, i;　　AD9850_temp = 0;//AD9850開始標志

61、位關閉　　memset(display_data, 0, 8);　　while(1)　　{　　if(key_unit == 0)//個位鍵<

62、;b>　　{　　delay1ms(20); //延時，防抖動　　if(key_unit == 0)　　{　　while(key_unit == 0);&l

63、t;b>　　unit++;　　if(unit == 10 )　　unit = 0;　　display_data[6] = unit;　　}<

64、p>　　}　　if(key_decade == 0)//十位鍵　　{　　delay1ms(20);　　if(key_decade == 0)<p&g

65、t;　　{　　while(key_decade == 0);　　decade++;　　if(decade == 10)　　decade = 0;　　dis

66、play_data[5] = decade;　　}　　}　　if(key_power == 0) //10次冪鍵　　{

67、　　delay1ms(20);　　if(key_power == 0)　　{　　while(key_power == 0);　　power++;<p

68、>　　if(power == 7)　　power = 0;　　display_data[7] = power;　　}　　}　　if(key_sure

69、 == 0) //確定鍵　　{　　delay1ms(20);　　if(key_sure == 0)　　{　　while(key_sure =

70、= 0);　　break;　　}　　}　　}　　frequence = u

71、nit + 10*decade; //將按鍵得到的數(shù)值進行變換，得到我們需要的頻率　　for(i = 1; i <= power; i++)　　frequence *= 10;　　if(frequence >= 20000000) //由于AD9850的頻率范圍是1——20MHZ，所

72、以超過了就重新輸入　　{　　frequence = 0;　　INIT_key();　　}　　MHZ = frequence / 1000000;

73、//將頻率分解位MHZ，KHZ，HZ，主要是為了在中斷中計算量少些，以免影響中斷效果　　KHZ = frequence % 1000000 / 1000;　　HZ = frequence %1000;　　AD9850_temp = 1; //AD9850開始標志位開啟<

74、p>　　}　　/*************************AD9850函數(shù)**************************************/　　/*******************************************　　函數(shù)：

75、進行9850的DDS函數(shù)發(fā)生，寫入控制字，寫入頻率字　　從高字往低字寫　　入口函數(shù)：需要的頻率　　出口頻率：無　　*****************************************

76、***/　　void AD9850_WRITE()　　{ 　　unsigned long temp;　　char i;　　W_SLK = 0;<

77、;/p>　　DQ_VD = 0;　　temp = (unsigned long)(34.359738368 * frequence);　　for(i = 0; i < 4; i++)　　WRITE_DATA[i] = temp >> (i * 8);

78、;　　for(i = 4; i >= 0; i--)　　{　　W_SLK = 0;　　WRITE_DATA_IO = WRITE_DATA[i];　　W_SLK = 1;<p&

79、gt;　　_nop_();　　}　　DQ_VD = 1; 　　}　　/*************************主函數(shù)****************

80、**********************/　　/*******************************************　　函數(shù)：主函數(shù)，完成對全局的操控　　入口函數(shù)：無　　出口頻率：無&l

81、t;/b>　　********************************************/　　void main()　　{　　INIT_time0();//初始化時間中斷<p&g

82、t;　　while(1)　　{ 　　if(key_sure == 0)　　{　　delay1ms(20);　　if

83、(key_sure == 0)　　{　　while(key_sure == 0);　　INIT_key();　　AD9850_WRITE();　　}<

84、;/p>　　}　　}　　}　　5波形圖　　1.9MHZ正弦波</b&

85、gt;　　1HZ方波　　1HZ正弦波　　1ＭＨＺ方波　　１ＭＨＺ實物<b

86、>　　１ＭＨＺ正弦波　　6結(jié)束語　　本模塊學習是基于AD9850的DDS信號發(fā)生器的基礎上，通過了解AD9850的工作原理和工作要求來完成正弦波.矩形波等波形在系統(tǒng)時鐘125M的條件下的學習。　　本次學習得到了精度很高的正弦波和矩形波，其占空比為46

87、.5%已經(jīng)很接近預期的結(jié)果。　　7參考文獻　　[1 ] 張迎春.單片微型計算機原理、應用及接口技術[M] .北京:　　國防工業(yè)出版社 ,2004.　　[2] 陳小忠.單片機接口技術實用子程序[M] . 北京:人民郵電</p&g

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