毕业设计论文开题报告.doc

毕 业 论 文 设 计 开 题 报 告题 目 函数信号发生器的设计和制作 学生姓名 王 欢 学号 0613024104 所在院(系) 电 信 系 专业班级 通信工程专业064班 指导教师 龙光利 2010年 3月8日题 目函数信号发生器的设计与制作一、选题的目的及研究意义目的：通过该设计课题的研究和制作使我对函数信号发生器系统要有全面的了解，对信号发生器要理解和掌握，以及对信号发生器的工作流程；波形设定，频率设定，幅值放大，单片机（显示电路，键盘控制，DDS的设定），显示和各模块的连接通信要熟练连接调试，全面了解常规芯片的使用方法，掌握信号发生器的软硬件的设计方法，进一步锻炼在信号处理方面的实际工作能力。研究意义：信号源作为一种基本电子设备在教学、科研、电子产品测量与调试、部队设备技术保障等领域，都有着广泛的应用。随着科学技术的发展和测量技术的进步，对信号源的要求越来越高，普通的信号发生器已无法满足目前日益发展的电子技术领域教学、科研和企业生产调试的需要。DDS技术是一种新兴的直接数字频率合成技术，具有频率分辨率极高、频率切换速度快、切换相位连续、输出信号相位噪声低、可编程、全数字化易于集成、体积小、重量轻等优点，在雷达及通信等领域有着广泛的应用前景。二、综述与本课题相关领域的研究现状、发展趋势、研究方法及应用领域等2.1直接频率合成技术的现状和应用：由于DDS的自身特点决定了它存在着以下两个比较明显的缺点：一是输出信号的杂散比较大，二是输出信号的带宽受到限制。DDS输出杂散比较大这是由于信号合成过程中的相位截断误差、DA转换器的截断误差和DA转换器的非线性造成的。当然随着技术的发展这些问题正在逐步的到解决。如通过增长波形ROM的长度减小相位截断误差。通过增加波形ROM的字长和DA转换器的精度减小DA量化误差。在比较新的DDS芯片中普遍都采用了12bit的DA转换器。当然一味靠增加波形ROM的深度和字长的方法来减小杂散对性能的提高总是有限的。国内外学者在对DDS输出的频谱做了大量的分析以后，总结出了误差的频域分布规律建立了误差模型，在分析DDS频谱特性的基础上又提出了一些降低杂散功率的方法：可以通过采样的方法降低带内误差功率，可以用随机抖动法提高无杂散动态范围(在DA转换器的低位上加扰打破DDS输出的周期性，从而把周期性的杂散分量打散使之均匀化)。此外随着集成电路制造工艺的逐步提高，通过采用先进的工艺和低功耗的设计，数字集成电路的工作速度已经有了很大的提高。现在最新的DDS芯片工作频率已经可以达到IGHz。这样就可以产生频带比较宽的输出信号了。为了进一步提高DDS的输出频率，产生了很多DDS与其他技术结合的频率合成方法。如当输出信号是高频窄带信号的时候可以用混频滤波的方法扩展DDS的输出，也可以利用DDS的频谱特性来产生高频信号，如输出它较高的镜像频率。DDS和PLL(频率锁相环)相结合的方法也是一种有效的方法。这种方法兼顾了两者的优点，既有较高的频率分辨率，又有较高的频谱纯度。DDS和PLL相结合一般有两种实现方法：DDS激励PLL的锁相倍频方式和PLL内插DDS方式。DDS不仅可以产生正弦波同时也可以产生任意波，这是其他频率合成方式所没有的。任意波在各个领域特别是在测量测试领域有着广泛的应用。通过DDS这种方法产生任意波是一种简单、低成本的方法，通过增加波形点数可以使输出达到很高的精度，这都是其他方法所无法比拟的。自80年代以来各国都在研制DDS产品，并广泛的应用于各个领域。其中以AD公司的产品比较有代表性。如ADT00S,AD9S50,AD9551。AD9852AD9858等。其系统时钟频率从30瑚z到300MHz不等，其中的AD9858系统时钟更是达到了l GHz。这些芯片还具有调制功能。如AD700$可以产生正交调制信号，而AD9852也可以产生FSK(频移键控)，PSK(相移键控)、线性调频以及幅度调制的信号。这些芯片集成度高内部都集成了DA转换器，精度最高可达12bit。同时都采用了一些优化设计来提高性能。如这些芯片中大多采用了流水技术，通过流水技术的使用，提高了相位累加器的工作频率，从而使得DDS芯片的输出频率可以进一步提高。通过运用流水技术在保证相位累加器工作频率的前提下，相位累加器的字长可以设计得更长，如AD9852的相位累加器达到了48位。而不是之前型号的32位，这样输出信号的频率分辨率大大提高了。同时为了抑止杂散这些芯片人多采用了随机抖动法提高无杂散动态范围(这是由于DDS的周期性，输出杂散频谱往往表现为离散谱线，随机抖动技术使离散谱线均匀化，从而提高输出频谱的无杂散动态范围。运用DDs技术生产的DDS任意波型信号发生器是较新的一类信号源，并且己经广泛投入使用。它不仅能产生传统函数信号发生器能产生的正弦波、方波、三角波、锯齿波，还可以产生任意编辑的波形。由于DDs的自身特点，还可以很容易的产生一些数字调制信号，如FS磁PSK等。一些高端的信号发生器甚至可以产生通讯信号。同时输出波形的频率分辨率、频率精度等指标也有很大的提高。如lip公司的Hp33120可以产生lOmHz15MHz的正弦波和方波。同时还可以产生10mI-Iz15MHz的任意波形。任意波形深度16000点。采样率40MHz，还具备了调制功能，可以产生AM，FM，FSK，碎发、扫频等信号。HP公司的HP33250可以产生1 ttHz80MHz的正弦波和方波产生l出z到25MHz的任意波形，任意波形深度64K点采样率200MHz。同时也具备了AM、FM、FSK、碎发、扫频等功能。BK PRECISION公司的4070A型函数级任意波形发生器正弦波和方波输出频率215MHz,频率分辨率 lOmHZ。同时还具有AM、FM、PM、SSB、BPSK、FSK、猝发、Dn伍Generation和口n卵Detection的功能。并且具有了和PC机良好的接口，可以通过wNDoWS界面的程序进行任意波形的编辑。除了在仪器中的应用外，DDS在通信系统和雷达系统中也有很重要的用途。通过DDS可以比较容易的产生一些通信中常用的调制信号如：FSK、BPSK和正交相移键控(QPSK)。DDS可以产生两路相位严格正交的信号在正交调制和解调中的到广泛应用，是一种很好的本振源。在雷达中通过DDS和PLL相结合可以产生毫米波线性调频信号，DDS移相精度高、频率捷变快和发射波形可捷变等优点在雷达系统中也可以得到很好的发挥。2.2发展趋势：在数字信号处理器飞速发展的今天，微处理器的应用已主领着电子技术领域的潮流，先进的数字信号处理技术，能实现各种复杂的功能。对正弦波信号发生器而言，数字DDS技术的诞生，使波形发生器技术有了进一步的飞跃。就数字DDS波形发生器和模拟振荡器对比而言，具有输出频率精度高，波形失真小，可由单片机或DSP微处理器对其进行通讯控制其输出频率，从而实现用数控方式来精确控制其输出频率，以适应高精度仪表或智能化系统信号发生器应用，从而克服传统方式通过模拟振荡带来的频率调整分辨率低，稳定性较差，无法实现和微处理器接口的智能化的缺点。数字频率合成技术芯片AD9851 DDS(Digitai Direct Frequency Synthesis)是一种全数字化的频率合成器，由相位累加器、波形ROM、D/A转换器和低通滤波器构成。时钟频率给定后，输出信号的频率取决于频率控制字；频率分辨率取决于累加器位数；相位分辨率取决于ROM的地址线位数；幅度量化噪声取决于ROM的数据位字长和DIA转换器位数等。基于DDS信号发生器有如下优点：(1)频率分辨率高，输出频点多，可达N个频点(N为相位累加器位数)；(2)频率切换速度快，可达s量级；(3)频率切换时相位连续；(4)可以输出宽带正交信号；(5)输出相位噪声低，对参考频率源的相位噪声有改善作用；(6)可以产生任意波形；(7)全数字化便于集成，体积小，重量轻。 DDS的核心部件是相位累加器，它由N位加法器与N位相位寄存器构成，类似一个简单的计数器。每来一个时钟脉冲，相位寄存器的输出就增加一个步长的相位增量值，加法器将频率控制数据与累加寄存器输出的累加相位数据相加，把相加结果送至累加寄存器的数据输入端。相位累加器进入线性相位累加，累加至满量程时产生一次计数溢出，这个溢出频率即为DDS的输出频率。正弦查询表是一种可编程只读存储器(PROM)，存储的是以相位为地址的一个周期正弦信号的采样编码值和包含一个周期正弦波的数字幅度信息，每个地址对应于正弦波中0360范围中的一个相位点。将相位寄存器的输出与相位控制字相加，得到的数据，作为一个地址对正弦查询表进行寻址，查询表把输入的地址相位信息映射成正弦波幅度信号，驱动DAC，输出模拟信号。低通滤波器滤除不需要的取样分量，以便输出频谱纯净的正弦波信号。随着电子工程领域的实际需要以及数字集成电路和微电子技术的发展，DDS技术日益显露出它的优越性。三、对本课题将要解决的主要问题及解决问题的思路与方法、拟采用的研究方法（技术路线）或设计（实验）方案进行说明，论文要写出相应的写作提纲本系统主要由以下几部分组成：单片机；键盘；AD9833电路；比较电路；液晶显示电路；以单片机AT89C52为核心，采用直接数字合成（Direct Digital Frequency Synthesizer,简称DDS或DDFS），用随机读/写存储器RAM存储所需波形的量化数据，按照不同频率要求，以频率控制字K为步进对相位增量进行累加，以累加相位值作为地址码读取存在存储器内的波形数据，再滤波即可得所需波形。基于DDS的信号发生器设计的原理框图如图3.1所示。图3.1基于DDS的信号发生器设计的原理框图 电路结构简单，外围元器件少，主要由单片机进行控制，AD9833产生信号，经过键盘操作和液晶显示来完成波形输出。系统稳定性好，不易受外界干扰。四、检索与本课题有关参考文献资料的简要说明1陈泽宗.单片精密函数发生器应用J.电子技术报，1997，20(7)，34.2解月珍.信号产生电路M.北京:电子工业出版社,1994，1113.3谢自美.电子线路设计.实验.测试（第三版）M.武汉：华中科技大学出版社，2000年7月5童诗白.模拟电子技术M. 高等教育出版社6姚行洲.ICL8038原理及应用J.北京广播电视大学学报 1999(1).7刘阳.精密波形发生器ICL8038J. 国外电子元器件，1995(11)，1114.8陈立定 由ICL8038制作的多波形信号发生器J. 国外电子元器件，1999(3)，3738.9刘爱元，卢建华. 一种基于ICL8038芯片的模拟信号源J.半导体技术，2001(4).10张厥盛，曹丽娜锁相与频率合成技术M西安：电子科技大学出版社，199511张有正、陈尚勤、周正中.频率合成器M.北京：人民邮电出版社，1984.15-18.12王德凡，兰海峰，刘佑华，等.MOTOROLA大规模集成电路锁相环频率合成器器件J. 半导体技术，1987（3）.13PLL Performance，Simulation and Design 3rd Edition Dean,2003.1-10.14Egan,Willam F.，Frequency Synthesis by Phase Lock John Wiley&Sons，1981.15Best.Roland E.