程控DDS信号发生器的设计与实现.doc

一、课程设计成绩评定表2二、设计任务书3三、设计框图及电路系统概述3四、各单元电路的设计方案及原理说明5五、调试过程及结果分析8六、题目实施的管理方法和人员分工9七、器件价格清单9八、设计、安装及调试中的体会及建议10九、使用说明11十、参考文献13一、 课程设计成绩评定表姓名电话专业E-MAIL学号指导老师所选题目考核分数组成说明分数考勤与工作态度10%包括开题、中期、答疑是否参加电路设计与测试40%焊接工艺与组装10%是否使用PCB功能30%根据任务书测试各功能是否完整、正确指标10%根据任务书测试指标是否达到答辩15%PPT制作与讲述10%PPT制作是否合理、逻辑思维是否清楚、表达是否准确回答问题5%对提问是否能准确回答课程设计报告25%设计报告与进度表10%格式是否规范、内容是否充实测试报告与结果分析15%对整体的方案及数据测试的分析是否完整发挥部分10%性价比、工艺、使用方便性等。成绩指导教师签字二、 设计任务书设计和制作一个程控DDS信号发生器，基本要求为有智能CPU芯片（单片机、嵌入式系统、FPGA）为主控芯片，以专用DDS芯片为实现手段，辅助输入、输出手段，完成程控DDS的设计与制作。1、技术指标：1） 最终频率输出范围为10Hz8MHz（正弦波）；2） 外部供电电压+5v、-5 v；3） 输出波形幅度范围（正弦波峰峰值）：0到3V连续可调；4） 八位LED数码管显示输出频率；5） 输出频率可设置调整（最小设置步长10Hz）；6） 主控CPU和芯片自行选择；7） 绘制PCB电路板实现。8） 选项：额外提供方波输出； 2、工程性要求：1）两人为一个项目组，由一人当组长；2）有项目整体设计报告、项目的进度表和最终的测试报告和使用手册；3）以项目组为考核整体，兼顾小组分工；4）制作焊接工艺（贴片工艺）；5）整体产品结构合理，使用方便、美观。三、 设计框图及电路系统概述数码管显示电路AT89S52单片机最小系统输出幅度调整电路DDS电路键盘输入电路程控DDS信号发生器是以AT89S52单片机为主控芯片，以AD9833DDS芯片为实现手段。由AT89S52单片机最小系统、数码管显示电路、键盘输入电路、DDS电路和幅度调整电路五个模块构成。系统设计框图如上图所示。(1)键盘输入电路。利用键盘可以实现向单片机输入数据、传送命令、切换功能等。键盘可分为独立式键盘和矩阵式键盘，本设计采用32矩阵式键盘。(2)单片机最小系统设计。(3)数码管显示电路。在该频率显示系统的设计电路中，主要是由8个数码管。(4)DDS电路。DDS电路的主要功能是将AD9833所需要的频率通过AT89S52单片机以并行方式或串行方式输入到AD9833的控制字寄存器。根据电路设计的整体思路和资源配置，这个电路可采用并行输入方式为AD9833输送相应频率。（5）幅度调整电路。利用AD818对产生的波形进行放大调整。四、 各单元电路的设计方案及原理说明（一）、数码管显示：由于静态显示时，若位数增多，静态显示方式很难适应，所以采用动态显示方式。数码管显示电路主要是由8个数码管组成，8个驱动三极管。如上图所示。数码管的3号引脚与三极管的集电极C端相连，1、2、4、6、7、9、10号引脚分别与单片机的P0.0P0.7端口相连，串联上一个5109的电阻排。（二）、键盘输入电路键盘输入电路采用的是32矩阵式键盘，如上图所示。在AT89S52控制的AD9833的电路设计系统中，由于需要输入频率数值，所以需要确认、左移、右移、减、加等按键功能。把ART89S52中的I/O口中的P1.0-P1.2三个引脚作为矩阵式键盘的三个行线输入口，把I/O口中的P1.3、P1.4两个引脚作为矩阵式键盘的二个列线输出口。三个行线的另一端分别经过三个5.1K的电阻连接+5V电源。（三）、单片机最小系统单片机控制电路是整个设计的核心部分，单片机最小应用系统是指没有外围器件及外设接口扩展的单片机系统。它是单片机应用系统的设计基础，包括最小系统结构选择、时钟系统设计和复位系统设计。通常情况下，单片机最小应用系统分三种结构： (1)总线型总线应用的最小系统结构，该结构由总线型单片机、复位电路、时钟电路、IO口及并行扩展总线组成。 (2)总线型非总线应用的最小系统结构，是只有单片机、复位电路构成的最简单的电路，并行总线不用于外围扩展；可作为应用系统的IO口使用。 (3)非总线型单片机的最小系统结构。本设计中的电路连接图(图1)属于总线型非总线应用的最小系统结构。（四）、DDS模块DDS是直接数字式频率合成器（Direct Digital Synthesizer）的英文缩写。与传统的频率合成器相比，DDS具有低成本、低功耗、高分辨率和快速转换时间等优点，广泛使用在电信与电子仪器领域，是实现设备全数字化的一个关键技术。一块DDS芯片中主要包括频率控制寄存器、高速相位累加器和正弦计算器三个部分。频率控制寄存器可以串行或并行的方式装载并寄存用户输入的频率控制码；而相位累加器根据频率控制码在每个时钟周期内进行相位累加，得到一个相位值；正弦计算器则对该相位值计算数字化正弦波幅度（芯片一般通过查表得到）。DDS芯片输出的一般是数字化的正弦波，因此还需经过高速D/A转换器和低通滤波器才能得到一个可用的模拟频率信号。 另外，有些DDS芯片还具有调幅、调频和调相等调制功能及片内D/A变换器。（五）、幅度调整电路如图所以，通过改变滑动变阻器的阻值，从而改变正弦波的幅值。五、 调试过程及结果分析调试内容调试环境结果显示分析数码管显示WAVE6000集成调试软件伟福仿真器在仿真过程中第6个数码管与其它数码管一同亮灭经过对数码管部分的电路进行检测,发现数码管管脚有一处没有连焊按键控制WAVE6000集成调试软件伟福仿真器在仿真中,按键从左往右依次显示为6、7、3、2、1，将这些按键功能分别为确认、右移、左移、减、加仿真的结果显示，与预期设定的结果相一致单片机最小系统WAVE6000集成调试软件伟福仿真器SLISP：将程序烧入单片机中将芯片安上之后，能够实现数码管的显示，以及按键的控制单片机最小系统能够正常工作，并且与预期设定的结果相一致DDS模块示波器电压源5号管脚测得的波形为正弦波，频率大小为25MHz，10号管脚测得的波形为正弦波，频率大小与程序中所设定初值大小相同为800MHz25MHz是晶振的频率，800MHz是在程序中所设定的初值，能够正确的显示出来，说明DDS模块正常工作运放模块示波器电压源未出现放大电路的输出端产生相应的放大的正弦信号AD9833芯片烧毁六、 题目实施的管理方法和人员分工（一）、题目实施的管理方法（二）、人员分工黄义：系统功能设计、电路设计、单元电路焊接以及各单元电路的调试仿真。卢静冉：绘制原理图、工程文档资料整理以及各单元电路的调试仿真。七、 器件价格清单DesignatorPart TypeFootprintC200.1uF603C170.01uF603C180.01uF603C160.1uF603RP21K*9HDR1X9R3041K805R3051K805R65.1K603R85.1K603R75.1K603L28.2uH805R2710K603R2610K603R1310K603C1910uF3216AC1110uF/25V3216AC1415P603C1515P603CY124MOSC2PR-1CY225MHzCY_PC2847PF603C2768P603R18100603R28100603C22100pF603RP1510*9HDR1X9Q09013BCY-W3/E4Q39013BCY-W3/E4Q29013BCY-W3/E4Q19013BCY-W3/E4Q69013BCY-W3/E4Q79013BCY-W3/E4Q49013BCY-W3/E4Q59013BCY-W3/E4U30AD8055SOIC8U2AD9833RM-10U1AT89C52DIP-40K3DOWNDPST-4K7EnterSW-PBK1LEFTSW-PBR?POT1RESETRESETSW-PBK2RIGHTSW-PBK5SWEEPSW-PBK6TYPESW-PB八、 设计、安装及调试中的体会及建议时光荏苒，光阴飞逝，转眼间，四周的电子工程应用设计实训已经接近尾声。在这四周的实训中，主要是以两人为一组的形式进行程控DDS信号发生器的设计与实现。第一周是用Protel绘制电路图，第二周和第三周的前2天是电路的焊接，之后就是编程、调试以及最后的资料整理。在数码管进行仿真调试时，第6个数码管与其它数码管一同亮灭，通过老师的帮助，以及对电路的检查中发现数码管管脚有一处没有连焊；通过焊接电路板，让我们懂得了做事一定要小心、谨慎，不能贪图效率。这次实训，不仅培养了我们的动手能力，还培养了我们小组团结合作、相互讨论、互相帮助的精神。在这里感谢老师在实训过程中对我的帮助，以及对我们的耐心教导。感谢在实训过程中同学们对我的帮助。九、 使用说明单片机系统、按键控制电路以及数码管显示电路在一块板子上，DDS电路与幅度调整电路在第二块板子上，首先要将两块板子连在一起。黑色的线为地线、红色的线为+5V，两个板子上的黑线，红线分别相连。用导线将单片机中的10、11、17号管脚分别与DDS上的6、7、8号管脚相连。在测试波形时，接通电源，如图一所示。绿色的LED指示灯亮，表示电路已通电。将示波器的探针一端接地，另一端放在DDS的10号引脚上即可。测试结果如图二所示。如若需要改变频率值，需通过按键进行控制，如下图所示：加：控制数字增加；减：控制数字减少；左移：控制数码管显示要改变左边的数码管