【毕业设计】dds正弦信号发生器设计缩告

DDS正弦信号发生器设计信工111李天佐指导老师马令坤（陕西科技大学职业教育师范学院陕西西安710021）摘要频率合成器是现代电子系统的重要组成部分，是决定电子系统性能的关键设备之一。随着现代通信技术的发展，系统对频率合成器提出了越来越高的要求。低相位噪声、高频谱纯度、高捷变速率和高频率分辨率的频率合成器已经成为频率合成技术发展的主要趋势。直接数字频率合成DDS是继直接频率合成DS和锁相环频率合成PLL之后出现的新的频率合成方法，己被广泛地应用于通信、雷达、电子对抗和仪器仪表等领域。本文首先介绍了频率合成的概念、发展以及直接数字频率合成技术DDS的现状和发展趋势。分析了DDS的工作原理及其基本结构，然后根据系统指标合理地采用了DDS技术，以AD9851芯片为核心，设计了一种结构简单性能优良的信号发生器。详细分析了该信号发生器的系统结构、软硬件设计和具体电路实现。信号发生器的硬件部分包括三个模块，分别是信号产生和控制模块、人机交互模块和信号处理模块。软件部分主要开发基于单片机AT89S51的数据处理和控制程序，以及信号发生器的外部通信程序。完成实验电路板的制作，并通过电路板的调试，实验电路工作正常。根据系统的最终测试结果可知该信号发生器具有输出信号波形种类多、精度高、频带宽等特点。最后针对课题对频率源合成性能的要求，对相位噪声的抑制和杂散性能的优化进行了深入的分析，并对比实际电路提出了设计的改进建议和方案。关键字信号发生器,DDS，AD9851DDSSINESIGNALGENERATORDESIGNABSTRACTFREQUENCYSYNTHESIZERISONEOFTHEMOSTIMPORTANTPARTSUSEDINMODEMCOMMUNICATIONANDELECTRONICSYSTEMSWITHTHEDEVELOPMENTOFMODEMCOMMUNICATIONTECHNIQUES,FREQUENCYSYNTHESIZERISREQUIREDTOHAVEHIGHERPERFORMANCESUCHASWIDEBANDRESOLUTION,ETCDIRECTDIGITALSYNTHESISDDSISANEWFREQUENCYSYNTHESISTECHNOLOGYCOMINGAFTERDIRECTFREQUENCYSYNTHESISDSANDPHASELOCKEDLOOPFREQUENCYSYNTHESISPLLITSWIDELYUSEDINSUCHFIELDSASRADAR,COMMUNICATION，ELECTRONICWARFAREANDELECTRONICMEASUREMENTINSTRUMENTTHISPAPERFIRSTLYINTRODUCESTHECONCEPTANDDEVELOPMENTOFFREQUENCYSYNTHESIS,ASWELLASTHEPRESENTSITUATIONANDTHETRENDOFDEVELOPMENTOFTHEDIRECTDIGITALFREQUENCYSYNTHESISTECHNOLOGYDDSITHASANALYZEDTHEPRINCIPLEANDTHEBASICSTRUCTUREOFDDS,THENACCORDINGTOTHETARGETSYSTEM,ASIGNALGENERATORWITHTHEBRIEFSTRUCTUREANDEXCELLENTPERFORMANCEISDESIGNEDWITHADOPTINGDDSTECHNOLOGY,WHICHISBASEDONTHEADCOMPANYSDDSCHIRAD9851THESYSTEMSTRUCTURE，THEDESIGNOFSOFTWAREANDHARDWAREANDTHEWAYTOREALIZETHECIRCUITRYOFTHESIGNALGENERATORISANALYZEDINDETAILTHEHARDWAREOFTHESIGNALGENERATORCONSISTSOFTHREEBLOCKS，THOSEARESIGNALGENERATEMODULE、KEYBOARDANDLCDDISPLAYMODULE、SIGNALPROCESSINGMODULESOFTWAREOFTHESYSTEMMAINLYFOCUSESONTHEDESIGNOFC51INCLUDINGCONTROL、DATAPROCESSING、COMMUNICATION，ANDSOONTHECORRESPONDINGPCBHASBEENMADEANDDEBUGGEDTHEWHOLECIRCUITWORKSWELLTHESIGNALGENERATORHASMANYVIRTUES,SUCHASGENERATINGMULTIPLESORTSOFSIGNALS,HIGHPRECISIONANDWIDEFREQUENCYWIDTHTHENOISEINVERSIONANDOPTIMIZATIONOFSPURIOUSSUPPRESSIONCHARACTERISTICAREANALYZEDINDEPTHACCORDINGTOREQUIREMENTOFTHESYNTHETICPERFORMANCEATLAST,THISPAPERPROPOSESIMPROVEMENTPROGRAMBYCOMPARINGTHEACTUALCIRCUITSKEYWORDSSIGNALGENERATOR,DDS,AD98511课题研究背景及意义在电子技术日新月异的形势下，信息技术随之迅猛发展，信息是存在与客观世界的一种事物现象，人们正是通过信息的获取，存储，传输和处理等来不断认识和改造世界的，而信号作为信息的载体，是指带有信息的随时间或其他自变量变化的物理量或物理现象，信号时使用极为广泛的基本概念，无论是在自然科学领域，还是在社会科学领域都存在大量的应用研究问题。由于其具有频率转换快，分频率高，频率合成范围快，相位噪声低且相位可控制的优点，因此，DDS技术常用与产生频率快，分辨率高，相位可控的信号，广泛应用于电子测量，调频通信，电子对抗等领域。近年来已有DDS技术的波形发生器陆续被研制，生产和投入。2本文的主要工作本论文的任务是根据DDS信号发生器的特点和应用情况，结合新一代高性能芯片设计一种使用简单、性能优良的信号发生器。整个系统以单片机AT89S51控制，DDS芯片AD9851为核心，配置相应的外设及接口电路，用C语言开发，组成一个多功能的信号发生器。本文的主要工作如下1根据课题提出的指标和要求进行研究，分析其可行性。2对系统的各个功能模块进行了深入的分析和研究，在对课题所采用的方案进行详细的研究后设计了具体的功能电路。3熟悉所选择的各集成电路芯片并完成具体电路的设计、PCB板布局与模块结构设计，对各模块电路进行了精心调试。4对系统的最终指标进行了测试，针对系统的不足，进行了分析并提出了一些改进的方法。3设计思路根据毕业设计要求，以及方案的比较结果，拟采用DDS芯片实现设计内容。本设计采用模块化思想，即将不同功能器件分别做成不同模块，以排线进行连接。根据功能要求，共分为四大模块输入模块、输出模块、造波模块和控制模块。其中输入模块为矩阵键盘，输出模块为LCD1602液晶显示器。输入与输出模块体积较小，焊接在同一块电路板上，但分有不同数据接口，相互独立。造波模块由DDS芯片及其外围电路以及一个低通滤波器组成。控制模块由单片机、晶振电路和复位电路以及电源开关、指示灯构成单片机最小系统板。4系统总体框图本系统结构为以单片机为核心，三大功能模块为主干。总体框图见下键盘LPF单片机AD9851带宽放大器LCD显示基准频率图41系统总框图5系统软件设计本设计的软件方面采用C语言来编写程序，应用的是KEIL软件，KEIL提供了包括C编译器、宏汇编、连接器、库管理和一个功能强大的仿真调试器等在内的完整开发方案，通过一个集成开发环境（UVISION）将这些部分组合在一起。在应用系统中，系统软件的设计是建立在具体硬件电路基础之上，根据系统功能要求可靠地实现系统的各种功能。好的软件设计能够充分发挥微控制器的运算和逻辑控制功能，从而提高仪器的精度和使用的方便性。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。程序流程图如下开始初始化AT89C51AD9851初始化LCD1602初始化键盘扫描正弦三角方波发生显示及数据输出结束NY图51主