基于ad9851的信號源設計【畢業(yè)論文】

1、<p>　　本科畢業(yè)設計(論文)</p><p><b>　　( 屆)</b></p><p>　　論文題目 基于AD9851的信號源設計</p><p>　　(英文) Design Signal Source Based </p><p>　　on AD9851 </p><p&g

2、t;　　所在學院 電子信息學院 </p><p>　　專業(yè)班級 電子信息工程 </p><p>　　學生姓名 學號 </p><p>　　指導教師 職稱 </p><p>　　完成日期

3、 年 月 日</p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　信號發(fā)生器是一種能產生標準信號的電子儀器，是現(xiàn)代科研、通信系統(tǒng)、電工、電子教學試驗以及各種電子測量技術中經常使用的電子儀器之一，在導航、通信、雷達等領域有著廣泛的應用。文中采用了DDS技術，并以AD9851芯片為核心，以C8051微型處理為控制單元，并輔以液晶

4、顯示、鍵盤控制等單元來設計一種性能優(yōu)良的多功能信號發(fā)生器。編寫鍵盤功能程序、液晶功能程序、DDS模塊和單片機程序，應用Keil Uvision2 IDE 調試環(huán)境進行全速的在系統(tǒng)編程(ISP)和調試。實際測試結果表明，基于AD9851芯片的信號源工作可靠、效果良好，而且切換頻率速度快，既滿足了輸出波形高穩(wěn)定度、高精度、高分辨率的要求，輸出的正弦波在20MHz范圍內波形無明顯失真，滿足任務書設計要求。</p><p&g

5、t;　　關鍵詞：信號發(fā)生器；DDS；AD9851；C8051</p><p><b>　　Abstract</b></p><p>　　The signal generator is an electronic instrument that produces a standard signal , and it is widely used in navigatio

6、n, communications, radar and electronic equipment in modern scientific research , communications systems , electrical work and other applications areas. Using DDS technology , and the AD9851 chip as the core, the C8051 m

7、icroprocessor control unit , supported by LCD , keyboard control unit to design a performance excellent and versatile signal generator . With Keil Uvision2 IDE deb</p><p>　　Key Words: Signal generator; DDS;

8、AD9851;C8051</p><p><b>　　目錄</b></p><p><b>　　1　引言1</b></p><p><b>　　2　總體設計2</b></p><p><b>　　3　硬件設計3</b></p><

9、p>　　3.1 微處理器模塊3</p><p>　　3.1.1微處理器單元電路3</p><p>　　3.1.2時鐘電路5</p><p>　　3.1.3復位電路6</p><p>　　3.2 鍵盤和顯示模塊6</p><p>　　3.2.1 鍵盤6</p><p>　　3.2

10、.2液晶顯示模塊7</p><p>　　3.3 DDS模塊8</p><p>　　3.3.1 AD9851芯片介紹9</p><p>　　3.3.2 DDS模塊電路設計10</p><p><b>　　4　軟件設計12</b></p><p>　　4.1總體程序設計12</p&g

11、t;<p>　　4.2 鍵盤和顯示程序設計14</p><p>　　4.2.1 鍵盤功能實現(xiàn)14</p><p>　　4.2.2 液晶顯示功能實現(xiàn)15</p><p>　　4.3 AD9851程序設計18</p><p>　　4.3.1 AD9851控制寄存器定義18</p><p>　　4.3

12、.2 串行數(shù)據(jù)格式18</p><p>　　4.3.3 AD9851程序設計19</p><p>　　5　制作和調試20</p><p><b>　　6　結論22</b></p><p><b>　　致 謝23</b></p><p><b>　　參考文

13、獻24</b></p><p>　　附錄1 系統(tǒng)實物圖25</p><p>　　附錄2 部分實驗程序26</p><p>　　附錄3 畢業(yè)設計作品說明書29</p><p><b>　　1　引言</b></p><p>　　當今是科學技術及儀器設備高度智能化飛速發(fā)展的信息

14、社會，電子技術的進步，給人類帶來了根本性的轉變。中國電子測量儀器，隨著世界高科技發(fā)展的潮流，走進了高科技發(fā)展的道路，為我國國名經濟、科學教育、特別是國防軍事的發(fā)展做出了巨大的貢獻。我國電子測量儀器在若干重大領域中取得了突破性的進展，為我國電子測量儀器走向世界水平奠定了良好的基礎。 </p><p>　　隨著現(xiàn)代電子技術的發(fā)展，在通訊、雷達、宇航、電視廣播、遙控遙測和電子測量等使用領域，都需要在一個特定的頻率范圍內

15、使用一系列頻率信號。這時，信號的頻率和穩(wěn)定度就顯得尤為重要。信號發(fā)生器是用來提供各種測量所需波形信號的電子儀器，是一種常用的信號源，可廣泛應用于自動控制、科學試驗和電子電路等相關領域。但在分析電路時，也常常需要了解輸出信號與輸入信號之間的關系，為此，常用信號發(fā)生器來產生信號以激勵系統(tǒng)，同時觀察和分析系統(tǒng)對激勵信號的響應[1-2]。</p><p>　　現(xiàn)如今，信號發(fā)生器的應用越來越廣，同時也對信號發(fā)生器的頻率穩(wěn)定

16、度、頻率范圍和輸出信號的頻率分辨率提出了越來越高的要求。因此，國內外紛紛采用直接數(shù)字頻率合成技術來設計制作先進的信號發(fā)生器。DDS 采用直接數(shù)字頻率合成技術、高速的數(shù)字電路和高速的 D/A 轉換技術。此外，DDS具有非常寬的調諧范圍，采用 DDS 數(shù)字方法可以產生多種波形，可以實現(xiàn)多種數(shù)字式調制。所以，本文采用高性能的DDS集成芯片AD9851設計并制作出信號發(fā)生器。用該方法設計的信號發(fā)生器具有頻率穩(wěn)定、變頻加速、幅值穩(wěn)定、波形失真度低

17、、電路結構簡單等特點[3-4]。</p><p><b>　　2　總體設計</b></p><p>　　在信號發(fā)生器設計過程中要盡量使電路簡單化和模塊化，并充分利用軟件智能化功能。因為硬件多了，不但增加體積和成本，而且也使系統(tǒng)的可靠性和性價比下降。本設計遵循這一原則，在實現(xiàn)硬件電路功能的前提下，盡量簡化硬件電路設計。系統(tǒng)硬件組成框圖如圖2-1所示：</p>

18、<p>　　圖2-1 系統(tǒng)總體框圖 </p><p>　　本系統(tǒng)由鍵盤模塊、微處理器模塊、DDS模塊、顯示模塊及一些外圍電路組成。</p><p>　　其中，單片機用來實現(xiàn)對整個系統(tǒng)的控制，本設計選用的是性價比高、低功耗、高性能的8051單片機?？刂菩畔⑼ㄟ^與單片機相連接的鍵盤輸入，經單片機處理后轉換為頻率/相位控制字通過接口電路送至DDS芯片。然后經過DDS的D/A轉

19、換器就可以得到想要的輸出信號。</p><p>　　8051與AD9851可采用并行通信方式也可以采用串行通信方式，并行通信方式需要較多的I/O口。</p><p>　　系統(tǒng)中的鍵盤模塊和顯示模塊提供人機接口，便于選擇不同的信號頻率和信號類型。</p><p>　　最后，所有的硬件都需要通過軟件來控制操作，軟件的程序編寫可以用C語言來完成。</p>&

20、lt;p><b>　　3　硬件設計</b></p><p>　　基于AD9851的信號源硬件電路包括微處理器模塊、鍵盤和顯示模塊及DDS模塊三部分。</p><p>　　3.1 微處理器模塊</p><p>　　微處理器：計算機系統(tǒng)核心部件（CPU）并不是一臺完整的計算機。</p><p>　　8051是最早的最典

21、型的產品，該系列其它單片機都是在8051的基礎上進行功能的改變而來的，所以人們習慣于用8051來稱呼MCS51系列單片機，以滿足不同的需求。</p><p>　　3.1.1微處理器單元電路 </p><p>　　本系統(tǒng)采用的單片機是C8051F005芯片，是完全集成的混合信號系統(tǒng)級芯片，具有與8051兼容的高速CIP-51內核，與MCS-51指令集完全兼容，內置32KB的FLASH程序存

22、儲器、具有256B內部RAM和2048B的XRAM。C8051F005單片機具有片內調試電路，可通過JTAG接口可以進行非侵入式、全速的在線系統(tǒng)調試。該單片機供電電壓為2.7-3.6V[5-6]。</p><p>　　本系統(tǒng)的微處理器采用8051是MCS-51系列單片機的其中一種機型。MCS-51系列單片機和通用微機有所不同，MCS-51系列單片機在數(shù)據(jù)RAM區(qū)有一個工作寄存器區(qū)；單片機把程序內存和數(shù)據(jù)存儲器分成

23、兩個獨立的地址空間，采用不同的尋址方式，使用兩個不同的地址指針，PC指向程序內存，DPTR指向數(shù)據(jù)存儲器；單片機的I/O端口在程序的控制下都可有第二功能，可由用戶系統(tǒng)設計者靈活選擇；它內部有一個全雙工串行口，可同時發(fā)送和接收，有兩個物理上獨立的接收、發(fā)送緩存器[7-8]。</p><p>　　通過對芯片的引腳進行配置，選擇P0、P1、P2、P3口連接DDS模塊、液晶等模塊實現(xiàn)系統(tǒng)功能。圖3-1是C8051基本配置

24、原理圖。</p><p>　　圖3-1 C8051基本配置原理圖</p><p>　　8051 是一個高性能單片微控制器內核,與Intel 8051指令集兼容。主要由以下功能單元構成:</p><p>　　(1) 控制單元(Cont rol Unit ) ：負責取指、譯碼。8051 指令的第一個字節(jié)是操作碼，譯碼就針對指令的第一個字節(jié)進行。譯碼得到的信息包括指令的長

25、度和指令執(zhí)行的周期數(shù)，同時將指令分派給各個執(zhí)行部件[9-10]。</p><p>　　(2) 算術邏輯運算單元(ALU) ：負責進行算術邏輯運算,支持8 位(8 ×8) 乘法和8 位除法。</p><p>　　(3) 乘除法單元(MDU)：負責16 ×16 位乘法、32/ 16 位乘法、16/ 16 位除法、32 位歸一化操作以及32 位移位操作。</p>

26、<p>　　(4) 功耗管理單元( PMU) ：提供兩種電源管理模式，即空閑( IDLE) 以及掉電模式(STOP) 。</p><p>　　(5) 調試器接口(OCI) ：片上Debug 調試接口。</p><p>　　(6) 復位控制模塊(RSTCTRL) ：產生系統(tǒng)復位信號。</p><p>　　(7) 時鐘控制模塊(Clock Cont rol)

27、：接收外部時鐘信號，產生系統(tǒng)所需內部時鐘。此外，還有8051 的基本外設如四個端口( Port s) 、兩個定時器( Timer) 、兩個串行通信口和看門狗電路(Watchdog) 所需的時鐘也是由時鐘控制模塊提供的。</p><p><b>　　3.1.2時鐘電路</b></p><p>　　C8051有內部和外部振蕩器，每個振蕩器都可以產生系統(tǒng)所需時鐘。當/RST

28、引腳為低電平時單片機復位，振蕩器都被禁止。當/RST引腳為高電平時單片機脫離復位，MCU可以從內部振蕩器運行，也可以從外部振蕩器運行[6]。本設計中單片機采用外部振蕩器。外部振蕩器需要一個外部諧振器、并行方式的晶體、電容或RC網(wǎng)絡連接到XTAL1/XTAL2引腳。時鐘電路如圖3-2所示： </p><p>　　圖3-2 C8051單片機時鐘電路</p><p>　　外接石英晶體(或陶瓷諧

29、振器)及電容C1、C2接在放大器的反饋回路中構成并聯(lián)振蕩電路。對外接電容沒有十分嚴格的要求，但電容容量的大小會輕微影響振蕩器工作的穩(wěn)定性，如果使用石英晶體，電容一般使用30pF±10pF，而使用陶瓷諧振器選擇40pF±10pF。</p><p><b>　　3.1.3復位電路</b></p><p>　　復位是單片機的重要操作內容。在簡單的復位電路

30、中，只要在微處理芯片的/RST引腳保持低電平達2個以上的機器周期，即可完成一次復位操作?？紤]到電源的穩(wěn)定時間，參數(shù)漂移，一般只要在/RST引腳出現(xiàn)10ms以上的低電平，就能使單片機復位[9]。</p><p>　　一般上電復位電路是利用RC充電原理實現(xiàn)的，C8051F000系列MCU內部有一個電源監(jiān)視器，在上電期間該監(jiān)視器使MCU保持在復位狀態(tài)，直到VDD上升到超過/RST的電平，如圖3-3所示。初始上電，電容兩

31、端等電位，則/RST為低電平，隨著對電容的充電，/RST 端電位逐漸升高，直至高電平。R、C 值的選取使/RST端保持10ms 的低電平，從而實現(xiàn)復位功能。在程序運行過程中，如果出現(xiàn)意外情況，按下復位按鈕，電容C37通過電阻R16放電，/RST引腳為低電平，從而實現(xiàn)手動復位。</p><p>　　圖3-3 單片機復位電路</p><p>　　3.2 鍵盤和顯示模塊</p>&

32、lt;p><b>　　3.2.1 鍵盤</b></p><p>　　在過程控制和智能化儀器儀表中，通常是用微機控制器進行實時控制和數(shù)據(jù)處理的，為實現(xiàn)人機對話控制，鍵盤是必不可少的功能配置。利用按鍵可以實現(xiàn)向單片機輸入數(shù)據(jù)、傳送命令、切換功能等，是人工干預單片微機系統(tǒng)的主要手段。</p><p>　　鍵盤可分為獨立式鍵盤和矩陣式鍵盤。獨立式鍵盤是最簡單的鍵盤電路，

33、各個鍵相互獨立，每個按鍵獨立地與一根數(shù)據(jù)輸入線相連接。這種鍵盤的優(yōu)點是結構簡單、使用方便，但隨著按鍵數(shù)量的增加所占用的I/O口線也增加。在使用按鍵數(shù)量不多的單片微機中，常使用這種獨立式鍵盤。矩陣式鍵盤：若有四根行線、四根列線，則構成4*4矩陣鍵盤，最多可定義16個按鍵功能。若有八根行線、八根列線，則構成8*8矩陣鍵盤，最多可定義64個按鍵功能。</p><p>　　HD7279是一片具有串行接口、可以連接64鍵的

34、鍵盤矩陣的芯片，內部含有鍵盤去抖動電路。2*8的矩陣鍵盤的8個列信號連接至HD7276的10-17腳，2個行信號連接至18-19腳，HD7279的/CS、CLK、DATA和/KEY與單片機相連，實現(xiàn)鍵值的讀取。鍵盤電路如圖3-4所示。</p><p>　　圖3-4 鍵盤電路原理圖 </p><p>　　3.2.2液晶顯示

35、模塊</p><p>　　液晶模塊是單片機應用系統(tǒng)中實現(xiàn)人機對話的一種基本方式。HS12232-9液晶模塊具有低功耗、電壓范圍寬等特點。模塊內帶標準字庫，內部的字符發(fā)生存儲器（CGROM）已經存儲了192個5*7點陣字符，32個5*10點陣字符。 1602液晶模塊內部的字符發(fā)生存儲器（CGROM)已經存儲了160個不同的點陣字符圖形，這些字符有：阿拉伯數(shù)字、英文字母的大小寫、常用的符號、和日文假名等，每

36、一個字符都有一個固定的代碼。</p><p>　　HS12232-9液晶主要接口[9]</p><p>　　第4腳：RS為寄存器選擇，高電平時選擇數(shù)據(jù)寄存器、低電平時選擇指令寄存器。</p><p>　　第5腳：R/W為讀寫信號線，高電平時進行讀操作，低電平時進行寫操作。當RS和RW共同為低電平時可以寫入指令或者顯示地址，當RS為低電平RW為高電平時可以讀忙信號，當

37、RS為高電平RW為低電平時可以寫入數(shù)據(jù)。</p><p>　　第6腳：E端為使能端，當E端由高電平跳變成低電平時，液晶模塊執(zhí)行命令?！　〉?～14腳：D0～D7為8位雙向數(shù)據(jù)線。</p><p>　　D0～D7端為8位數(shù)據(jù)口，進行數(shù)據(jù)傳送，而RS、R/W、E端則配合可以做出不同的操作。 </p><p>　　液晶的接口是并行口，液晶與單片機對應的接口直接連接。

38、液晶顯示電路原理圖如圖3-5所示。</p><p>　　圖3-5液晶電路原理圖</p><p><b>　　3.3 DDS模塊</b></p><p>　　DDS的基本原理是利用采樣定理，通過查表法產生波形。每來一個時鐘脈沖fc，加法器將頻率控制字K與累加寄存器輸出的累加相位數(shù)據(jù)相加，把相加后的結果送至累加寄存器的數(shù)據(jù)輸入端。累加寄存器將加法器

39、在上一個時鐘脈沖作用后所產生的新相位數(shù)據(jù)回饋到加法器的輸入端，以使加法器在下一個時鐘脈沖的作用下繼續(xù)與頻率控制字相加。這樣，相位累加器在時鐘作用下，不斷對頻率控制字進行線性相位累加。由此可以看出，相位累加器在每一個時鐘脈沖輸入時，把頻率控制字累加一次，相位累加器輸出的數(shù)據(jù)就是合成信號的相位，相位累加器的溢出頻率就是DDS輸出的信號頻率[11]。用相位累加器輸出的數(shù)據(jù)作為波形存儲器(ROM)的相位取樣地址，這樣就可把存儲在波形內存內的波形

40、抽樣值(二進制編碼)經查找表查出，完成相位到幅值轉換。波形內存的輸出送到D/A轉換器，D/A轉換器將數(shù)字量形式的波形幅值轉換成所要求合成頻率的模擬信號。低通濾波器用于濾除不需要的取樣分量，以便輸出頻譜純凈的正弦波信號。</p><p>　　3.3.1 AD9851芯片介紹</p><p>　　AD9851 是AD 公司采用先進DDS (直接數(shù)字合成) 技術,推出的具有高集成度DDS 電路的

41、器件，它內部包含高速、高性能D/ A 轉換器及高速比較器，可作為全數(shù)字編程控制的頻率合成器和時鐘發(fā)生器。外接精密時鐘源時，AD9851 可以產生一個頻譜純凈、頻率和相位都可以編程控制且穩(wěn)定性很好的模擬正弦波，這個正弦波能夠直接作為基準信號源，或通過其內部高速比較器轉換成方波輸出，作為靈敏時鐘產生器[12]。</p><p>　　AD9851 主要特性如下：</p><p>　　(1) 單電

42、源工作( + 2. 7～ + 5. 25V)；</p><p>　　(2) 工作溫度范圍- 45～85 ℃；</p><p>　　(3) 低功耗，在180MHz 系統(tǒng)時鐘下，功率為555mW。電源設置有休眠狀態(tài)，在該狀態(tài)下，功率僅為4mW；</p><p>　　(4) 接口簡單，可用串行口或8 位并行口直接輸入頻率、相位控制數(shù)據(jù)；</p><p&

43、gt;　　(5) 內含6倍參考時鐘倍乘器，可避免對外部高速參考時鐘振蕩器的需要，減小了由于外部頻率源過高而可能產生的相位噪聲；</p><p>　　(6) 頻帶寬， 正常輸出工作頻率范圍為0 ～72MHz ；</p><p>　　(7) 頻率分辨率高，其創(chuàng)新式高速DDS 碼可接受32 位調頻字，使得它在180MHz 系統(tǒng)時鐘下輸出頻率的精度可達0. 04Hz ；</p>&l

44、t;p>　　相位可調，可接收來自單片機的5 位相位控制字。</p><p>　　AD9851有28個引腳，如圖3-6所示。其引腳功能如下：</p><p>　　D0～D7：8 位數(shù)據(jù)輸入口，可給內部寄存器裝入40 位控制數(shù)據(jù)。</p><p>　　PGND ：6 倍參考時鐘倍乘器地。</p><p>　　PVCC ：6 倍參考時鐘倍乘器

45、電源。</p><p>　　W- CL K：字裝入信號,上升沿有效。</p><p>　　FQ - UD ：頻率更新控制信號,時鐘上升沿確認輸入數(shù)據(jù)有效。</p><p>　　REFCLOCK：外部參考時鐘輸入。CMOS/ TTL脈沖序列可直接或間接地加到6 倍參考時鐘倍乘器上，在直接方式中，輸入頻率即是系統(tǒng)時鐘；在6 倍參考時鐘倍乘器方式，系統(tǒng)時鐘為倍乘器輸出[1

46、2]。</p><p>　　AGND ：模擬地。</p><p>　　AVDD ：模擬電源( + 5V) 。</p><p>　　DGND ：數(shù)字地。</p><p>　　DVDD ：數(shù)字電源( + 5V) 。</p><p>　　RSET ：DAC 外部復位連接端。</p><p>　　IOU

47、 TB：“互補”DAC輸出。</p><p>　　IOU T ：內部DAC輸出端。</p><p>　　VOU TN ：內部比較器負向輸出端。</p><p>　　VOU TP ：內部比較器正向輸出端。</p><p>　　VINN ：內部比較器的負向輸入端。</p><p>　　VINP ：內部比較器的正向輸入端。&

48、lt;/p><p>　　DACBP ：DAC 旁路連接端。</p><p>　　RESET ：復位端。低電平清除DDS 累加器和相位延遲器為0Hz 和0°相位,同時置數(shù)據(jù)輸入為串行模式以及禁止6 倍參考時鐘倍乘器工作。</p><p>　　3.3.2 DDS模塊電路設計</p><p>　　對AD9851進行讀寫工作模式可以是串行方式或

49、并行方式，這里采用串行工作方式。AD9851采用3線串行通信，7腳字裝入信號WCLK和8腳頻率更新控制信號FQ_UD是控制信號，25腳D7是數(shù)據(jù)信號，分別與單片機P3.4、P2.3和P3.5相連。12腳DAC復位引腳和22腳主復位引腳分別接地。AD9851正常工作時需要外部晶振，輸出信號頻率、頻率控制字與系統(tǒng)時鐘之間滿足如下關系：</p><p>　　FTW=(f0x2N)/SYSCLK

50、 （3-1）</p><p>　　其中FTW表示頻率控制字，N表示頻率控制字的位數(shù)，f0為輸出信號的期望頻率，SYSCLK為系統(tǒng)時鐘。由式3-1可知，系統(tǒng)時鐘SYSCLK越大，頻率控制精度越高。如果直接選用高頻晶振，產生很大干擾，因此，通過選用AD981的6倍乘功能， DDS模塊的晶振頻率為24MHz，系統(tǒng)時鐘=6*24MHz=144 MHz。DDS模塊電路如圖3-7所示。</p><

51、p>　　圖3-7 DDS模塊原理圖</p><p><b>　　4　軟件設計 </b></p><p>　　本項目的軟件設計主要包括單片機的時鐘和I/0串口初始化、HD7279初始化、液晶初始化和AD9851初始化6部分的初始化程序、鍵值讀取、液晶送顯及AD9851控制等程序組成。</p><p><b>　　4.1總體程序設計

52、</b></p><p>　　系統(tǒng)定義了6個功能鍵，鍵1的功能為實現(xiàn)信號類型的切換，鍵2的功能是設定初始頻率，任務書要求輸出信號頻率為100Hz-20MHz，為了頻率調節(jié)的方便，設定頻率初值設置按鍵，頻率初值為100Hz、1kHz、10kHz、100kHz、1MHz和10MHz，按下鍵2，頻率初值在上述值之間循環(huán)切換，如要輸出10.1MHz的信號，可以設頻率初值為10MHz，再增加0.1MHz的步進量

53、即可。主程序流程如圖4-1所示。</p><p>　　圖4-1 主程序流程圖</p><p>　　單片機時鐘初始化的主要任務是設定單片機系統(tǒng)時鐘。單片機采用外部11.0592MHz的晶振，因此8位寄存器OSCICN寄存器的第3位CLKSL置1，同時在單片機的運行過程中，使能時鐘丟失檢測器（如果檢測到時鐘丟失，則復位單片機），因此最高位第7位設為1，其余為設為0，OSCICN寄存器的初始化值

54、為0x88。8位的外部振蕩器控制寄存器OSCXCN的4-6位XOSCMD設為110，外部振蕩器頻率控制位XFCN設為111，其余位設為0，所以OSCXCN的初始值為0x67。把初始化值寫入寄存器OSCICN和OSCICN中，就實現(xiàn)了單片機時鐘的初始化。</p><p>　　C8051單片機有大量的數(shù)字資源需要通過數(shù)字I/O端口P0、P1、P2和P3才能使用。端口0、1和2中的每個引腳即可定義為對應的端口I/O，又

55、可以分配為一個內部數(shù)字資源。本課題中用到的數(shù)字資源如表4-1、4-2和4-3所示。根據(jù)C8051交叉開關優(yōu)先權譯碼表，設定P1.4為數(shù)字資源CP0，P1.6為數(shù)字資源CP1，P1.7為數(shù)字資源/INT1，其余為P2和P3口的I/O引腳，不用配置。因此端口I/O交叉開關寄存器XBR0的初始值設為0x80，XBR0的初始值設為0x11。XBR2中的WEAKPUD設為0，允許弱上拉，XBARE位設為1，交叉開關使能，其余位設為0，所以XBR0

56、的初始值設為0x40。</p><p>　　HD7279初始化見4.2.1節(jié)，AD9851初始化見4.3.2節(jié)。</p><p>　　表4-1 HD7279模塊引腳名稱</p><p>　　表4-2 DDS模塊引腳引腳與單片機IO口接口關系</p><p>　　表4-3 液晶模塊引腳引腳與單片機IO口接口關系</p>&l

57、t;p>　　4.2 鍵盤和顯示程序設計 </p><p>　　4.2.1 鍵盤功能實現(xiàn)</p><p>　　HD7279是一片具有鍵盤接口的芯片，可連接多達64鍵的鍵盤矩陣。當按下某一按鍵時，該芯片能自動給出響應的編碼信息，并可自動消除按鍵抖動，簡化軟件設計。HD7279與單片機采用串行通信，串行信號為片選信號/CS、同步時鐘信號CLK和串行數(shù)據(jù)信號DATA。當有按鍵按下時，HD72

58、79的KEY引腳輸出一低電平信號，觸發(fā)單片機的外部中斷1，在外部中部1的中斷服務子程序中讀出按鍵值。</p><p>　　圖4-2 HD7279純指令時序圖</p><p>　　圖4-3 HD7279初始化流程圖</p><p>　　鍵盤功能實現(xiàn)程序設計包括HD7279的初始化和鍵值讀取兩部分。HD7279提供了復位指令0xA4，只要對HD7279寫入命令0xA4

59、即可實現(xiàn)復位。HD7279有三種指令接口時序，復位時按照純指令時序編寫程序，純指令時序如圖4-2所示。在編寫HD7279初始化程序時，首先定義HD7279與單片機的通信接口，P2.0接/CS，P1.7接DATA，P1.6接CLK，外部中斷P1.4接KEY。然后依據(jù)圖4-2的時序依次發(fā)送8bit的指令數(shù)據(jù)，HD7279初始化流程圖如圖4-3所示。</p><p>　　圖4-4 HD7279讀鍵盤指令時序圖</

60、p><p>　　圖4-5 HD7279讀鍵值流程圖</p><p>　　HD7279讀鍵盤的指令為0x15，讀鍵盤指令的時序如圖4-4所示。讀鍵盤時，首先要發(fā)送指令0x15，然后再讀出鍵值。讀鍵盤功能在單片機的外部中斷1的中斷服務子程序中實現(xiàn)，讀鍵值流程如圖4-5所示。</p><p>　　4.2.2 液晶顯示功能實現(xiàn)</p><p>　　HS1

61、2232-9內置ST7920A驅動控制器，點陣為122×32點，每行7個半漢字，共2行。內部字型ROM 包括8192個16×16點陣的中文字型和126個16×8點陣的字母符號字型，另外還提供一個64×256點的繪圖區(qū)域（GDRAM）及240點的ICON RAM，可以和文字畫面混合顯示。與單片機的接口有8位并行、4位并行、2/3線串行。它采用低功率電源消耗，電壓范圍2.7～5.5V，功能齊全，漢字、

62、點陣圖形、ASCII碼、曲線同屏顯示；上下左右移動當前顯示屏幕、清屏、光標顯示、閃爍、睡眠、喚醒、關閉顯示功能齊備，適合許多場合應用[9]。</p><p>　　對HS12232-9進行操作主要有如下四種：</p><p>　　1、寫指令，輸入：RS（CS）＝L，R/W＝L，D0～D7＝指令，E＝高脈沖。輸出：無。</p><p>　　2、讀忙閑狀態(tài)，輸入：RS＝L

63、，RW＝H，E＝H。輸出：D0～D7＝狀態(tài)字。</p><p>　　3、寫數(shù)據(jù)，輸入：RS＝H，RW＝L，D0～D7＝數(shù)據(jù)，E＝高脈沖。輸出：無。</p><p>　　4、讀數(shù)據(jù)，輸入：RS＝H，RW＝H，E＝H。輸出：D0～D7＝數(shù)據(jù)。</p><p>　　對這四種操作，主要是通過RS和R/W控制信號實現(xiàn)的，RS和R/W控制信號如表4-4所示。</p>

64、<p>　　表4-4 RS和R/W控制信號</p><p>　　HS12232-9與單片機可以采用串行和并行傳輸方式。當采用串行傳輸方式時， 24個時鐘脈沖傳送一個字節(jié)。單片機首先發(fā)送數(shù)據(jù)傳輸起始位5個“1”，HS12232-9收到連續(xù)的5個“1”，內部傳輸被重置，同時串行傳輸被同步，緊接著RW位用于決定數(shù)據(jù)的傳輸方向（讀還是寫），RS用來選擇是內部數(shù)據(jù)寄存器還是指令寄存器，第8位固定為“0”。收到

65、起始位、RW、RS、“0”組成的第一個字節(jié)后，一個字節(jié)的數(shù)據(jù)或指令被分成兩個字節(jié)來串行傳送或接收。數(shù)據(jù)或指令的高4位被放在第二個字節(jié)串行數(shù)據(jù)的高4位，低4位補4個“0”，數(shù)據(jù)或指令的低4位被放在第三個字節(jié)串行數(shù)據(jù)的高4位，低4位補4個“0”，這樣完成一個字節(jié)或數(shù)據(jù)的傳送。所以串行傳輸效率很低，本設計中采用并行傳輸方式。HS12232-9液晶8位并行方式寫操作時序如圖4-6所示。</p><p>　　圖4-6液晶寫

66、操作時序</p><p>　　圖4-7液晶顯示流程圖</p><p>　　液晶系統(tǒng)上電后，首先判斷液晶是否處于空閑狀態(tài)，若是，寫指令00H進行清屏，然后寫指令0FH開液晶顯示開光標，再寫指令06H，文字不動，光標主動右移。把RS置為1，RW置為0，E置為0，再判斷液晶忙狀態(tài)，然后再把E置為1，進行寫操作。液晶模塊流程圖如圖4-7所示。</p><p>　　液晶主屏顯

67、示當前的信號類型、頻率值和單位：當頻率的值小于1000Hz時，液晶顯示為當前頻率值，單位為Hz；當頻率的值大于等于1000Hz小于1000000Hz時，液晶顯示當前頻率值，單位為KHz，當頻率的值大于等于1000000Hz時，液晶顯示當前頻率值，單位為MHz。</p><p>　　4.3 AD9851程序設計</p><p>　　4.3.1 AD9851控制寄存器定義</p>

68、<p>　　對AD9851的使用主要由用戶編程來決定，用戶通過對芯片內部各種寄存器的讀寫以及外圍電路的配合來滿足用戶的各種應用場合。</p><p>　　AD9851內部有5個輸入寄存器，用來存儲來自外部數(shù)據(jù)總線的32位的頻率控制字(頻率0-31)、5位相位控制字(相位0-4)、一位6倍參考時鐘頻率倍乘器使能控制字(6*REF-CLK Multiplier Enable)、一位電源休眠(Power-D

69、own)功能控制和一位邏輯O(Logic O)。邏輯O是廠家設定參數(shù)專用使能位，應用時不能使能該位。否則會進入廠家設定參數(shù)狀態(tài)，只有通過復位才能退出該狀態(tài)[13-14]。</p><p>　　輸入數(shù)據(jù)共為5*8=40位，每一位都控制著芯片的操作，每一位所代表的意義如表4-5所示：</p><p>　　表4-5 AD9851寄存器位定義</p><p>　　4.3.2

70、 串行數(shù)據(jù)格式</p><p>　　AD9851提供并行輸入和串行輸入兩種工作模式，單片機向AD9851寫控制字可以采用并行傳輸，也可以采用串行傳輸方式。本設計中為了節(jié)省I/O口，使用串行傳輸方式。</p><p>　　AD9851沒有提供硬件配置串行方式和并行方式的功能。串行和并行傳輸方式的選擇通過軟件方式選擇，在AD9851復位后，寫入的第一個8位數(shù)據(jù)如為xxxxx011，即高5位為任

71、意值，低3位為011，則AD9851改為串行傳輸方式[14]，如圖4-8所示。如果AD9851復位后，寫入的第一個8位數(shù)據(jù)如為xxxxxx0x，則AD9851改為并行傳輸方式。</p><p>　　圖4-8 串行方式使能序列</p><p>　　本項目中采用串行傳輸方式，串行傳輸時序如圖4-9所示。由時序圖可知，AD9851在時鐘的上升沿采樣數(shù)據(jù)。</p><p>

72、　　圖4-9 寫AD9851 的串行時序</p><p>　　4.3.3 AD9851程序設計</p><p>　　AD9851程序設計主要包括AD9851軟件復位和寫AD9851控制字兩部分。</p><p>　　在硬件設計時，AD9851的RESET引腳接地，不能實現(xiàn)硬件復位，因此要通過軟件進行復位。根據(jù)時序圖，進行如下操作即可實現(xiàn)復位：</p>

73、<p><b>　　W_CLK=0;</b></p><p><b>　　FQ_UD=0;</b></p><p><b>　　W_CLK=1;</b></p><p><b>　　W_CLK=0;</b></p><p><b>　　

74、FQ_UD=1;</b></p><p>　　AD9851的控制字共40位，如表4-4所示。W0-W31共32位頻率控制字隨著輸出信號的頻率改變而改變，W32-39模式控制字與頻率無關，因此40位的寄存器分成兩部分：32位的頻率字和8位的模式控制字。8位的模式控制字只選擇了6倍頻使能，其余位都選擇默認值。32位的頻率字計算公式為（3-1）式。AD9851外接24MHz的晶振，6倍頻使能后，系統(tǒng)時鐘為2

75、4*6=144MHz，頻率控制字的位數(shù)N=32，，因此（3-1）式可以寫為</p><p><b>　?。?-1）</b></p><p>　　式中f0表示輸出信號的頻率，單位為Hz。每次通過鍵盤設定輸出信號的頻率后，再根據(jù)（4-1）式計算出頻率控制字，發(fā)送給AD9851，即可實現(xiàn)信號頻率的改變。</p><p>　　串行接口方式下寫控制字需滿

76、足的時序關系為：在W_CLK的上升沿，引腳D7上的數(shù)據(jù)自最低有效位開始逐位串行移入輸入寄存器，40位數(shù)據(jù)輸入結束后，任何W_CLK上升沿到來，都會造成數(shù)據(jù)順序移出并導致原來數(shù)據(jù)無效。此時，F(xiàn)Q_UD端的上升沿將40位數(shù)據(jù)裝入控制寄存器，更新芯片的輸出頻率和相位，同時把地址指針復位到第一個輸入寄存器，等待下一組新數(shù)據(jù)的寫入。AD9851程序流程圖如圖4-10所示。</p><p>　　圖4-10 AD9851模塊程

77、序流程圖</p><p><b>　　5　制作和調試</b></p><p>　　本課題設計中用到了C8051單片機平臺，在此平臺上，連接AD9851模塊和HS12232-9液晶模塊，組成硬件系統(tǒng)。應用Keil Uvision2 IDE 調試環(huán)境進行全速的在系統(tǒng)編程(ISP)和調試。Keil Uvision2 IDE開發(fā)工具支持觀察和修改存儲器和寄存器支持斷點、觀察點

78、、堆棧指示器、單步、運行和停止命令。調試時不需要額外的目標RAM、程序存儲器、定時器或通信通道，并且所有的模擬和數(shù)字外設都正常工作。</p><p>　　軟硬件調試完成后，對信號發(fā)生器產生的信號進行測試，所使用的主要儀器與設備為數(shù)字萬用表和示波器。其最終的試驗平臺可由設計好的DDS信號發(fā)生器和示波器組成，系統(tǒng)實物和級聯(lián)測試見附錄1。使用帶寬200MHz的TDS2024示波器測量輸出信號。圖5-1是該信號發(fā)生器輸出

79、1kHz的波形，圖5-2是該信號發(fā)生器輸出20MHz的波形。從測試波形可以看出，輸出信號無明顯失真，信號頻率可達20MHz，滿足任務書要求。</p><p>　　圖5-1 1kHz的正弦波</p><p>　　圖5-2 20MHz的正弦波</p><p><b>　　6　結論</b></p><p>　　基于DDS技術信

80、號源的設計，是在查閱大量國內外文獻資料的基礎上，選擇了美國AD公司采用先進的DDS技術生產的具有高集成度的DDS芯片AD9851，并利用C8051作為控制單片機，以此為基礎設計了硬件實現(xiàn)電路，并配以鍵盤控制電路和頻率顯示電路，組成完整的硬件平臺。</p><p>　　在硬件設計完成后，針對電路各個部分的功能進行了C語言的程序設計，實現(xiàn)了信號源的功能。</p><p>　　應用軟件設計中主要

81、闡述了信號源電路設計的總體思路，提出了鍵盤矩陣電路、頻率顯示電路和C8051對AD9851的頻率/相位控制字輸送的硬件設計，對鍵盤電路控制過程和頻率電路顯示過程中的數(shù)據(jù)傳輸過程進行了具體的描述。并對信號源電路中C語言程序設計提出了總體思路，對鍵盤控制電路、頻率顯示電路、C8051對AD9851的數(shù)據(jù)傳送的具體軟件實現(xiàn)程序實現(xiàn)進行了描述。</p><p>　　從信號源的硬件實驗設計和它的軟件編程的實際效果來看，基于

82、AD9851DDS芯片的信號源工作可靠、效果良好，而且切換頻率速度快，既滿足了輸出波形高穩(wěn)定度、高精度、高分辨率的要求，又有價格低廉、體積小的特點。實際測試結果表明，AD9851芯片輸出的正弦波在20MHz范圍內波形無明顯失真，滿足任務書設計要求。實際信號頻率可達40MHz左右，只是隨著輸出信號頻率的增加，信號幅度逐漸衰減，如圖5-1所示，當輸出信號為1kHz時，信號峰-峰值約為500mv，當輸出信號為20MHz時，信號峰-峰值衰減為1

83、50mv左右，因此本文設計的信號源若要真正實用，后面還必須增加自動增益控制電路，調節(jié)信號幅度。</p><p><b>　　致 謝</b></p><p>　　在畢業(yè)論文圓滿之際，艱辛的感覺不禁涌上我心頭，在這次畢業(yè)設計的過程中，我真是獲益匪淺。在這段時間里，我的專業(yè)技能水平以及實際動手能力都得到了大幅度的提高，這為我以后的工作、學習提供了寶貴的實踐經驗。在此我要向

84、我的導師表示由衷的感謝，在論文撰寫期間，導師給予了我很大的幫助和指導，正是她的無私奉獻和鼎力支持，我才能順利地寫完我學業(yè)中最后的一個重要篇章。同時感謝各位授課老師，在我大學期間，正是你們孜孜不倦的教誨使我能夠順利完成學業(yè)，你們的潛移默化使我在這四年的學習生涯中積累了一筆寶貴的財富，這將使我在今后的學習工作中受益終生。感謝老師、家人和同學對我的學習上、生活上這么多的幫助！由衷的感謝你們對我的幫助和支持，沒有你們就沒有今天的收獲和成果，也為

85、我以后的事業(yè)和生活有了很大的幫助。</p><p>　　在本論文撰寫過程中，參考并引用了許多作者的文獻，他們的研究成果給了我極大的幫助和啟迪，在此謹表示衷心的感謝！</p><p>　　最后向在百忙之中抽出時間對本論文進行評審及評閱的各位專家表示衷心的感謝！</p><p><b>　　參考文獻</b></p><p>

86、　　[1]李季. 信號發(fā)生器發(fā)展淺析 [J]. 電子產品世界,2002(10):65-75.</p><p>　　[2]杜歡陽,安瑩. DDS器件AD9851在信號源中的應用[J]. 現(xiàn)代電子技術.2004(24):11-12.</p><p>　　[3] Tao Wang. Signal Gernator Based on Direct Digital Synthesis Techniq

87、ues[J]. International Journal of Digital Counter Technology and its Applications, 2011,8,5(8):24-30.</p><p>　　[4]李寧,王雪. DDS芯片/AD9851在頻率合成信號發(fā)生器中的應用[J]. 金陵職業(yè)大學學報.2001(1):59-60.</p><p>　　[5]楊恢先, 黃輝

88、先. 單片機原理及應用[M]. 北京:人民郵電出版社, 2006,6.</p><p>　　[6]周航慈.單片機應用程序設計技術[M]. 北京:北京航空航天大學出版社, 2003,8.</p><p>　　[7]陳永泰,劉雪燕. AD9851與AT89C51在信號源中的應用[J]. 世界電子元器件.2004(7):63-65.</p><p>　　[8]馬忠梅. 單

89、片機C語言應用程序設計[M]. 北京航空航天大學出版社,2007,2.</p><p>　　[9]胡漢才.單片機原理及其接口技術[M]. 北京：清華大學出版社,2010,5.</p><p>　　[10]張培仁. MCS-51單片機原理及應用[M]. 北京:清華大學出版社, 2003, 1.</p><p>　　[11]黃愛蓉. 高性能DDS信號產生器的設計研究[J

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91、　[14] Analog Devices. CMOS 180MHz DDS/DAC Synthesizer AD9851[DB/OL]. 2012-3-19. www.analog.com.</p><p>　　附錄1 系統(tǒng)實物圖</p><p>　　附錄2 部分實驗程序</p><p>　　//定義HD7279與C8051接口，需配合交叉開關定義</p&

92、gt;<p>　　sbit HD7279_Key=P1^4; /*定義HD7279中斷硬件連接--->INT1*/</p><p>　　sbit HD7279_Clk=P1^6; /*定義HD7279時鐘硬件連接*/</p><p>　　sbit HD7279_Data=P1^7; /*定義HD7279數(shù)據(jù)硬件連接*/</p><p>　　sbi

93、t HD7279_CS=P2^0;</p><p>　　//HS12232液晶模塊與接口</p><p>　　sbit LCD_RS=P2^5;//H: Data L: Instruction</p><p>　　sbit LCD_RW=P2^4;//H: Read L: Write</p><p>　　sbit LCD_

94、EN=P2^2;//Enable Signal</p><p>　　//DB0~DB7=>P30~P37</p><p>　　//AD9851模塊接口</p><p>　　sbit FQ_UD=P2^3;</p><p>　　sbit W_CLK=P3^4;</p><p>　　sbit D7=P3^

95、5;</p><p>　　void main (void) </p><p><b>　　{</b></p><p>　　Sysclk_Init (); // 初始化振蕩器,開放INT1中斷</p><p>　　Port_Init (); // 初始化交叉開關&

96、lt;/p><p>　　EA = 1; // 允許中斷</p><p>　　LCD_Init();</p><p>　　AD9851_Init();</p><p>　　switch(key_data)</p><p><b>　　{</b></p&

97、gt;<p><b>　　case 0 :</b></p><p>　　if ( display_str=="信號類型：余弦波" )</p><p>　　display_str="信號類型：方波";</p><p>　　if ( display_str=="信號類型：方波"

98、; )</p><p>　　display_str="信號類型：余弦波";</p><p><b>　　break;</b></p><p><b>　　case 1 :</b></p><p><b>　　f0_i++;</b></p>&l

99、t;p>　　if (f0_i==6) f0_i=0; f0=f0_table(f0_i);</p><p><b>　　break;</b></p><p><b>　　case 2 :</b></p><p><b>　　df_i++;</b></p><p>　　

100、if (df_i==5) df_i=0; df=df_table(df_i);</p><p><b>　　break;</b></p><p><b>　　case 3 :</b></p><p>　　frequency=f0+df;</p><p><b>　　break;</b

101、></p><p><b>　　case 4 :</b></p><p>　　frequency=f0-df;</p><p><b>　　break;</b></p><p>　　gcvt(frequency, ptr); </p><p>　　if (frequen

102、cy<1000) display_str2="信號頻率：",ptr, "Hz";</p><p>　　if (frequency>=1000 && frequency<1000000)</p><p>　　display_str2="信號頻率：",ptr, "kHz";&l

103、t;/p><p>　　if (frequency>1000000) display_str2="信號頻率：",ptr, "MHz";</p><p>　　Send_Com(0x80);//顯示移位控制</p><p>　　LCD_Display(0,0,display_str);</p><p>

104、;　　LCD_Display(1,0,display_str2);</p><p>　　freqword=AD9851_freqword(frequency);</p><p>　　AD9851_Write(freqword);</p><p><b>　　break;</b></p><p><b>　　}&

105、lt;/b></p><p>　　while (1);</p><p>　　}//end main</p><p>　　void Sysclk_Init(void) // 將器件配置為使用外部 CMOS 時鐘。</p><p><b>　　{</b></p><p>　　WDTCN = 0x

106、de; // 禁止看門狗定時器</p><p>　　WDTCN = 0xad;</p><p>　　OSCXCN = 0x67; // 啟動外部振蕩器，對于11.0592MHz的晶體，允許SYSCLK/1</p><p>　　while ( (OSCXCN & XTLVLD_BIT) == 0 ); // 等待外部振蕩器起動</p><p

107、>　　OSCICN = 0x88; // 選擇外部振蕩器作為系統(tǒng)時鐘，禁止內部振蕩器</p><p>　　IE|=0x04;//開放INT1中斷</p><p>　　Send_uchar(HD7279_RESET);</p><p>　　Write_HD7279(0x98,0xff);//不消隱</p><p><b>

108、　　}</b></p><p>　　void Port_Init (void) // 配置交叉開關和 GPIO 端口</p><p><b>　　{ </b></p><p>　　PRT0CF = 0xff; </p><p>　　PRT1CF = 0x40; <

109、/p><p>　　PRT2CF = 0xff; </p><p>　　PRT3CF = 0xff; </p><p>　　XBR0=0x80;I</p><p>　　XBR1=0x11;</p><p>　　XBR2 =0x40; &

110、lt;/p><p><b>　　}</b></p><p>　　/*****************************************************************************/</p><p>　　void Int1_HD7279(void) interrupt 2 /*外部中斷1函數(shù)*/</p&

111、gt;<p><b>　　{</b></p><p>　　Set_Bit(Keyboard_Flag); /*設置鍵標志*/</p><p>　　Keyboard_Out=Read_HD7279(0x15); /*讀取鍵值*/</p><p><b>　　}</b></p><p&

112、gt;　　//DDS初始化函數(shù)，AD9851模塊reset引腳直接接地，故無法通過該引腳對AD9851復位</p><p>　　void AD9851_Init(void) </p><p><b>　　{</b></p><p><b>　　W_CLK=0;</b></p><p><b&g

113、t;　　FQ_UD=0;</b></p><p><b>　　W_CLK=1;</b></p><p><b>　　W_CLK=0;</b></p><p><b>　　FQ_UD=1;</b></p><p><b>　　}</b></

114、p><p>　　//DDS寫32位頻率字、8位控制字函數(shù)</p><p>　　void AD9851_Write(ulong freqword)</p><p><b>　　{</b></p><p>　　uchar i,j,model=0x01;</p><p><b>　　FQ_UD=0

115、;</b></p><p>　　for(i=0;i<32;i++) //先寫32位的頻率控制字（先低位后高位）</p><p><b>　　{</b></p><p>　　D7=(bit)(freqword &(0x01));</p><p><b>　　W_CLK=