基于AT89S52单片机信号发生器设计毕业论文.doc

基于AT89S52单片机信号发生器的设计摘要采用直接频率信号合成器(DDS)与单片机(MCU)相结合的方法,介绍ADI 公司出品的AD9850 芯片,给出芯片的引脚图和功能。并以单片机AT89S52为控制核心设计了一个串行控制方式的正弦信号发生器的可行性方案,给出了单片机AT89S52与AD9850连接电路图和调试通过的源程序以供参考。该电路设计方案正确可行,频率容易控制,操作简单灵活,且具有广阔的应用前景。详细介绍了DDS基本原理、系统方案构成、硬件电路设计和软件设计。通过严格的实测数据分析表明该设计是可运行的。关键词: AT89S52 AD9850 直接频率合成技术 信号发生器Abstract The way is used which combines the Direct Digital Synthesizer(DDS) and Main Computati0nal Unit(MCU) to design afunction signalgenerator.AD9850 which is produced by ADI Company is int roduced ,then the pins diagram and function are given. And the control of a serial control sinusoidal signal generator by the core of single chip AT89S52 is designed ,at the same time ,the circuit connect diagram between AD9850 and AT89S52 ,and feasibility of the program for reference are proposed. This circuit design project is correct and feasible, it is easy to control the frequency, simple and flexible to work, it also has broad application prospects . The principle and system components of DDS is introduced. It also introduces the methods which design the hardware circuit and software .It shows a success design by the data which come from the strict experiments.Keywords : AT89S52 ,AD9850 ,DDS ,signal generator 目录摘要IAbstractII目录III前言11 DDS概述31.1 DDS结构31.1.1 频率预置与调节电路41.1.2累加器41.1.3 控制相位的加法器51.1.4 控制波形的加法器51.1.5 波形存储器51.1.6 D/A转换器61.1.7 低通滤波器61.2 DDS数学原理62 总体设计方案921系统设计原理922总体设计框图93 系统硬件模块的组成103.1 键盘控制模块103.2单片机控制模块103.2.1 AT89S52主要性能103.2.1.1 AT89S52功能特性描述113.2.1.2 AT89S52的存储器结构143.2.1.3 定时器143.2.1.4中断163.2.3 时钟电路173.2.4复位电路183.3 LCD显示模块183.3.1 LCD1602的主要性能183.3.2 LCD1602与单机的连接203.4 AD9850 与单片机连接模块203.4.1 AD9850简介203.4.2 AD9850的控制字与控制时序2334.3单片机与AD9850的连接253.5.滤波电路设计264 软件设计与调试2841 程序流程图285 硬件电路制作325.1 电路实现的基本步骤325.2 原理图的绘制32结论34谢 辞35参考文献36附 录37 前言在电子技术领域中，经常要用一些信号作为测量基准信号或输入信号，也就是所谓的信号源。信号源有很多种，包括正弦波信号源、函数发生器、脉冲发生器、扫描发生器、任意波形发生器、合成信号源等。作为电子系统必不可少的组成部分的信号源，在很大程度上决定了系统的性能，因而常称之为电子系统的“心脏”。随着电子技术的发展，对信号源的要求越来越高，要求其输出频率高达微波频段甚至更高，频率范围从零Hz到几GHz频率分辨率达到mHz甚至更小，相应频点数更多;频率转换时间达到ns级:频谱纯度越来越高。同时，对频率合成器功耗、体积、重量等也有更高的要求。而传统的信号源采用振荡器，只能产生少数几种波形，自动化程度较低，且仪器体积大、灵活性与准确度差。而现在要求信号源能产生波形的种类多、频率高，而且还要体积小、可靠性高、操作灵活、使用方便及可由计算机控制。所以要实现高性能的信号源，必须在技术手段上有新的突破。当今高性能的信号源均通过频率合成技术来实现，随着计算机、数字集成电路和微电子技术的发展，频率合成技术有了新的突破,直接数字频率合成技术(Direct Digital Synthesis DDS)，它是将先进的数字信号处理理论与方法引入到信号合成领域的一项新技术，它的出现为进一步提高信号的频率稳定度提供了新的解决方法。同时，随着微电子技术的迅速发展，尤其是单片机技术的发展，智能仪器也有了新的进展，功能更加完善，性能也更加可靠，智能程度也不断提高直接数字式频率合成技术的出现导致了频率合成领域的一次重大革命。直接数字频率合成器问世之初，构成DDS元器件的速度的限制和数字化引起的噪声这两个主要缺点阻碍了DDS的发展与实际应用。近几年超高速数字电路的发展以及对DDS的深入研究，DDS的最高工作频率以及噪声性能已接近并达到锁相频率合成器相当的水平。随着微电子技术的迅速发展，直接数字频率合成器得到了飞速的发展，它以有别于其他频率合成方法的优越性能和特点成为现代频率合成技术中的佼佼者。具体体现在相对带宽宽、频率转换时间短、频率分辨率高、输出相位连续、可产生宽带正交信号及其他多种调制信号、可编程和全数字化、控制灵活方便等方面，并具有极高的性价比。现已广泛应用于通讯、导航、雷达、遥控遥测、电子对抗以及现代化的仪器仪表工业等领域。信号发生器是一种常用的信号源,广泛应用于电子测量、自动控制和工程设计等领域。随着电子技术的发展,对信号源频率的稳定度、准确度以及频谱纯度的要求越来越高。DDS(直接数字合成)技术是从相位概念出发直接合成所需波形的一种新的频率合成技术,与传统的模拟式波形产生法相比,它具有相位变换连续、频率转换速度快、分辨率高、稳定度高、相位噪声小、便于集成、易于调整及控制灵活等多种优点。基于DDS技术的信号发生器是一类新型信号源,它已成为众多电子系统中不可缺少的组成部分。1 DDS概述1.1 DDS结构1971年，美国学者J.Tierney等人撰写的“A Digital Frequency Synthesizer”-文首次提出了以全数字技术，从相位概念出发直接合成所需波形的一种新组成原理。限于当时的技术和器件产，它的性能指标尚不能与已有的技术相比，故没受到重视。近几年间，随着微电子技术的迅速发展，直接数字频率合成器（Direct Digital Frequency Synthesis简称DDS或DDFS）得到了飞速的发展，它以有别于其它频率合成方法的优越性能和特点成为现代频率合成技术中的佼佼者。具体体现在相对带宽、频率转换时间短、频率分辨率高、输出相位连续、可产生宽带正交信号及其他多种调制信号、可编程和全数字化、控制灵活方便等方面，并具有极高的性价比。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。直接数字频率合成器（Direct Digital Synthesizer）是从相位概念出发直接合成所需波形的一种频率合成技术。一个直接数字频率合成器由相位累加器、加法器、波形存储ROM、D/A转换器和低通滤波器（LPF）构成。DDS的原理框图如下所示：累加器加法器加法器ROMD/ALEP参考信号fcN位频率控制字k相位控制P字波形控制字WN位SnSt图1.1 DDS原理框图其中K为频率控制字、P为相位控制字、W为波形控制字、fc为参考时钟频率，N为相位累加器的字长，D为ROM数据位及D/A转换器的字长。相位累加器在时钟fc的控制下以步长K作累加，输出的N位二进制码与相位控制字P、波形控制字W相加后作为波形ROM的地址，对波形ROM进行寻址，波形ROM输出D位的幅度码S(n)经D/A转换器变成阶梯波S(t)，再经过低通滤波器平滑后就可以得到合成的信号波形。合成的信号波形形状取决于波形ROM中存放的幅度码，因此用DDS可以产生任意波形。这里我们用DDS实现正弦波的合成作为说明介绍。1.1.1 频率预置与调节电路K被称为频率控制字，也叫相位增量。DDS方程为：f0=fCLK/2n，f0为输出频率，fc 为时钟频率。当K=1时，DDS输出最低频率（也即频率分辨率），为fc/2n,而DDS的最大输出频率由Nyquist采样定理决定，即fc/2，也就是说K的最大值为2N-1。因此，只要N足够大，DDS可以得到很细的频率间隔。要改变DDS的输出频率，只要改变控制字K即可。1.1.2累加器 fc频率控制字相位量化序列图1.2 累加器框图相位累加器由N位加法器与N位寄存器级联构成。每来一个时钟脉冲fc，加法器将频率控制字K与寄存器输出的累加相位数据相加，再把相加后的结果送至寄存器的数据输入端。寄存器将加法器在上一个时钟作用下继续与频率控制字进行相加。这样，相位累加器在时钟的作用下，进行相位累加。当相位累加器累加满时就会产生一次溢出，完成一个周期性的动作。1.1.3 控制相位的加法器通过改变相位控制字P可以控制输出信号的相位参数。令相位加法器的字长为N，当相位控制字由0跃变到P（P0）时，波形存储器的输入为相位累加器的输出与相位控制字P之和，因而其输出的幅度编码相位会增加P/2N，从而使最后输出的信号产生相移。1.1.4 控制波形的加法器通过改变波形控制字W可以控制输出信号的波形。由于波形存储器中的不同波形是分块存储的，所以当波形控制字改变时，波形存储器的输入为改变相位后的地址与波形控制字W（波形地址）之和，从而使最后输出的信号产和相移。1.1.5 波形存储器用相位累加器输出的数据作为波形存储器的取样地址，进行波形的相位一幅值转换，即可在给定的时间上确定输出的波形的抽样幅值。N位的寻址ROM相当于把0360的正弦信号离散成具有2N个采样值的序列，若波形ROM有D位数据位，则2N个样值的幅值D位二进制数值固化在ROM中，按照地址的不同可以输出相应相位的正弦信号的幅值。相位幅度变换原理图如下图所示： 波形振幅量化序列相位量化序列ROM(波形存储器)数据地址图1.3 相位幅度变换原理图1.1.6 D/A转换器D/A转换器的作用是把合成的正弦波数字量转换成模拟量。正弦幅度量化序列S(n)经D/A转换后变成了包络为正弦波的阶梯波S(t)。需要注意的是，频率合成器对D/A转换器的分辨率有一定的要求，D/A转换器的分辨率越高，合成的正弦波S(t)台阶数就越多，输出的波形的精度也就越高。1.1.7 低通滤波器 对D/A输出的阶梯波S(t)进行频谱分析，可知S(t)中除主频fo外，还存在分布在fc,2fc等等的两边fo处的非谐波分量，幅值包络为辛格函数。因此，为了取出主频f0,必须在D/A转换器的输出端接入截止频率为fc/2的低通滤波器。1.2 DDS数学原理设有一频率为的余弦信号：现在以采样频率对进行采样，得到的离散序列为： 其中为采样周期。对应的相位序列为 从上式可以看出相位序列呈线性，即相邻的样值之间的相位增量是一个常数，而且这个常数仅与信号的频率有关，相位增量为：因为信号频率与采样频率之间有以下关系： 其中与为两个正整数，所以相位的增量也可以完成：由上式可知，若将的相位均匀的分为等份，那么频率为的余弦信号以频率采样后，它的量化序列的样品之间的量化相位增量为一个不变值。根据上述原理可以构造一个不变量为量化相位增量的量化序列： 然后完成从到另一个序列的映射，由构造序列： 公式（21）公式（2-1）是连续信号经采样频率为采样后的离散时间序列，根据采样定理，当 时，经过低通滤波器平滑后，可唯一恢复出。 可见，通过上述变换不变量将唯一的确定一个单频率模拟余弦信号： 该信号的频率为： 公式（22）公式（22）就是直接数字频率合成（DDS）的方程式，在实际的DDS中，一般取，于是DDS方程就可以写成： 公式（23）根据公式（23）可知，要得到不同的频率只要通过改变的具体数值就可以了，而且还可以得到DDS的最小频率分辨率（最小频率间隔）为当时的输出频率：可见当参考频率始终一定是，其分辨率由相位累加器的位数决定，若取，则，即分辨率可以达到，这也是最低的合成频率，输出频率的高精度DDS的一大优点。由奈奎斯特准则可知，允许输出的最高频率，即，但实际上在应用中受到低通滤波器的限制，通常，以便于滤波镜像频率，一般：由此可见DDS的工作频率带较宽，可以合成从直流到的频率信号，同时它的输出相位连续，频率稳定度高。2 总体设计方案21系统设计原理本文提出的采用DDS作为信号发生核心器件的全数控函数信号发生器设计方案， 根据输出信号波形类型可设置、输出信号幅度和频率可数控、输出频率宽等要求，选用了美国A/D公司的AD9850 芯片，并通过单片机程序控制和处理AD9850的32位频率控制字， 再经放大后加至以数字电位器为核心的数字衰减网络， 从而实现了信号幅度、频率、类型以及输出等选项的全数字控制。本系统主要由单片机、DDS直接频率信号合成器、数字衰减电路、真有效值转换模块、A/D转换模块、数字积分选择电路等部分组成。单片机AT89S52是整个系统关键部分，通过对键盘进行扫描读入相位信息，经转换后输出到芯片AD9850，输出波形。键盘输入的数字信息经AT89S52控制的LCD1602显示。22总体设计框图系统构成如下图3.1所示。LCD1602键盘单片机AD9850低通滤波器信号输出图2.1 系统框图3 系统硬件模块的组成3.1 键盘控制模块图3.1 键盘控制电路通过键盘对波形的频率进行控制3.2单片机控制模块主控电路中，以单片机为主体，通过分析键盘输入的数字值，对AD9850写入相应的控制字。它是系统的大脑。单片机（MICROCONTROLLER，又称微控制器）是在一块硅片上集成了各种部件的微型机算计，这些部件包括中央处理器CPU、数据存贮器RAM、程序存贮器ROM、定时器/计数器和多种I/O接口电路。3.2.1 AT89S52主要性能单片机AT89S52的主要性能分别为：与MCS-51单片机产品兼容；8K字节在系统可编程Flash存储器；1000次擦写周期；全静态操作：0Hz33Hz、三级加密程序存储器、 32个可编程I/O口线、三个16位定时器/计数器、八个中断源、全双工UART串行通道、低功耗空闲和掉电模式、11掉电后中断可唤醒、看门狗定时器、双数据指针、掉电标识符。13.2.1.1 AT89S52功能特性描述 AT89S52是一种低功耗、高性能CMOS8位微控制器，具有8K 在系统可编程Flash 存储器。使用ATMEL公司高密度非易失性存储器技术制造，与工业80C51 产品指令和引脚完全兼容。片上Flash允许程序存储器在系统可编程，亦适于常规编程器。在单芯片上，拥有灵巧的8 位CPU 和在系统可编程Flash，使得AT89S52为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、有效的解决方案2。AT89S52具有以下标准功能：8k字节Flash、256字节RAM、32 位I/O 口线、看门狗定时器、2个数据指针、三个16 位定时器/计数器、一个6向量2级中断结构、全双工串行口、片内晶振及时钟电路。另外，AT89S52 可降至0Hz 静态逻辑操作，支持2种软件可选择节电模式。空闲模式下，CPU停止工作，允许RAM、定时器/计数器、串口、中断继续工作。掉电保护方式下，RAM内容被保存，振荡器被冻结，单片机一切工作停止，直到下一个中断或硬件复位为止3。AT89S52的引脚结构如图：图3.2 单片机AT89S52引脚结构图VCC：电源，接+5VGND：接地P0口：P0口是一个8位漏极开路的双向I/O口。作为输出口，每位能驱动8个TTL逻辑电平。对P0端口写“1”时，引脚用作高阻抗输入。当访问外部程序和数据存储器时，P0口也被作为低8位地址/数据复用。在这种模式下，P0具有内部上拉电阻。在flash编程时，P0口也用来接收指令字节；在程序校验时，输出指令字节。程序校验时，需要外部上拉电阻。P1口：P1口是一个具有内部上拉电阻的8位双向I/O 口，P1 输出缓冲器能驱动4个TTL 逻辑电平。对P1 端口写“1”时，内部上拉电阻把端口拉高，此时可以作为输入口使用。作为输入使用时，被外部拉低的引脚由于内部电阻的原因，将输出电流（IIL）。此外，P1.0和P1.2分别作定时器/计数器2的外部计数输入（P1.0/T2）和时器/计数器2的触发输入（P1.1/T2EX）17，具体如表1-1所示。在flash编程和校验时，P1口接收低8位地址字节。表3-1 89S52单片机P1口第二功能引脚号第二功能P1.0T2（定时器/计数器T2的外部计数输入），时钟输出P1.1T2EX（定时器/计数器T2的捕捉/重载触发信号和方向控制）P1.5MOSI（在系统编程用）P1.6MISO（在系统编程用）P1.7SCK（在系统编程用）P2口：P2口是一个具有内部上拉电阻的8位双向I/O 口，P2 输出缓冲器能驱动4个TTL 逻辑电平。对P2 端口写“1”时，内部上拉电阻把端口拉高，此时可以作为输入口使用。作为输入使用时，被外部拉低的引脚由于内部电阻的原因，将输出电流（IIL）。在访问外部程序存储器或用16位地址读取外部数据存储器（例如执行MOVX DPTR）时，P2 口送出高八位地址。在这种应用中，P2 口使用很强的内部上拉发送1。在使用8位地址（如MOVX RI）访问外部数据存储器时，P2口输出P2锁存器的内容。在flash编程和校验时，P2口也接收高8位地址字节和一些控制信号。P3口：P3口是一个具有内部上拉电阻的8位双向I/O口，P3输出缓冲器能驱动4个TTL 逻辑电平。对P3 端口写“1”时，内部上拉电阻把端口拉高，此时可以作为输入口使用。作为输入使用时，被外部拉低的引脚由于内部电阻的原因，将输出电流（IIL）。P3口亦作为AT89S52特殊功能（第二功能）使用，如表1-2所示。在flash编程和校验时，P3口也接收一些控制信号。表3-2 89S52单片机P3口第二功能引脚号第二功能P3.0RXD（串行输入线）P3.1TXD（串行输出线）P3.2(外部中断0输入线)P3.3(外部中断0输入线)P3.4T0（定时器0外部计数脉冲输入）P3.5T1（定时器1外部计数脉冲输入）P3.6(外部数据存储器写选通信号输出)P3.7(外部数据存储器写选通信号输出)RST：复位输入。晶振工作时，RST脚将持续2个机器周期高电平将使单片机复位。看门狗计时完成后，RST 脚输出96个晶振周期的高电平。特殊寄存器AUXR(地址8EH)上的DISRTO位可以使此功能无效。DISRTO默认状态下，复位高电平有效。ALE/：地址锁存控制信号（ALE）是访问外部程序存储器时，锁存低8位地址的输出脉冲。在flash编程时，此引脚（）也用作编程输入脉冲。在一般情况下，ALE 以晶振六分之一的固定频率输出脉冲，可以用来作为外部定时器或时钟使用。然而，特别强调，在每次访问外部数据存储器时，ALE脉冲将会跳过。如果需要，通过将地址为8EH的SFR的第0位置 “1”，ALE操作将无效。这一位置 “1”，ALE仅在执行MOVX或MOVC指令时有效。否则，ALE 将被微弱拉高。这个ALE 使能标志位（地址为8EH的SFR的第0位）的设置对微控制器处于外部执行模式下无效。：外部程序存储器选通信号（）是外部程序存储器选通信号。当AT89S52从外部程序存储器执行外部代码时，在每个机器周期被激活两次，而在访问外部数据存储器时，将不被激活。/VPP：访问外部程序存储器控制信号。为使能从0000H 到FFFFH的外部程序存储器读取指令，必须接GND。为了执行内部程序指令，应该接VCC。在flash编程期间，也接收12伏VPP电压。XTAL1：振荡器反相放大器和内部时钟发生电路的输入端。XTAL2：振荡器反相放大器的输出端。3.2.1.2 AT89S52的存储器结构 AT89S52器件有单独的程序存储器和数据存储器。外部程序存储器和数据存储器都可以64KB寻址。程序存储器：如果引脚接地，程序读取只从外部存储器开始。对于89S52，如果接VCC，读写程序先从内部存储器（地址为0000H1FFFH）开始，接着从外部寻址，寻址地址为：2000HFFFFH。数据存储器：AT89S52 有256 字节片内数据存储器。高128 字节与特殊功能寄存器重叠。也就是说高128字节与特殊功能寄存器有相同的地址，而物理上是分开的。当一条指令访问高于7FH 的地址时，寻址方式决定CPU 访问高128 字节RAM 还是特殊功能寄存器空间。直接寻址方式访问特殊功能寄存器（SFR）。例如，下面的直接寻址指令访问0A0H（P2口）存储单元MOV 0A0H, #data 使用间接寻址方式访问高128 字节RAM。例如，下面的间接寻址方式中，R0 内容为0A0H，访问的是地址0A0H的寄存器，而不是P2口（它的地址也是0A0H）。MOV R0, #data堆栈操作也是间接寻址方式。因此，高128字节数据RAM也可用于堆栈空间。3.2.1.3 定时器1MCS-51系列中51子系列有两个16位的可编程定时/计数器：定时/计数器T0和定时/计数器T1，52子系列有三个，还有一个定时/计数器T2。2每个定时/计数器既可以对系统时钟计数实现定时，也可以对外部信号计数实现计数功能，通过编程设定来实现。3每个定时/计数器都有多种工作方式，其中T0有四种工作方式；T1有三种工作方式，T2有三种工作方式。通过编程设置其方式寄存器TMOD可设定定时器工作于某种方式，方式寄存器TMOD格式见表173-3。GATEC/M1M2GATEC/M1M2门 控开/关计数/定时方式选择门 控开/关计数/定时方式选择 T1 T0表3-3 定时/计数器的方式寄存器TMODGATE：门控信号。GATE=0，TRx=1时即可启动定时器/计数器工作，是一种自启动的方式；GATE=1,TRx=1, =1时才可启动定时器/计数器工作。即是引脚加高电平启动，是一种外启动方式。C/：定时或计数方式选择位，当C/=1时工作于计数方式；当C/=0时工作于定时方式。M1、M0：为工作方式选择位，定时器/计数器的四种工作方式由M1M0设定，设定情况见表103 3-4。M1M0工作方式方式说明00013位定时/计数器01116位定时/计数器1028位自动重置定时/计数器113T0为两个8位定时/计数器表3-4 M1M0的设定4 每一个定时/计数器定时计数时间到时产生溢出，使控制寄存器TCON中相应的溢出位置位，溢出可通过查询或中断方式处理，控制寄存器格式见表103-5。TF1TR1TF0TR0IE1IT1IE0IT0T1请求 有/无T1工作启/停T0请求有/无T0工作启/停INT1请求有/无INT1方式下沿/低电平INT0请求有/无INT0方式下沿/低电平表3-5 定时/计数器的控制寄存器TCON其中：TF1：定时/计数器T1的溢出标志位，当定时/计数器T1计满时，由硬件使它置位，如中断允许则触发T1中断。进入中断处理后由内部硬件电路自动清除。TR1：定时/计数器T1的启动位，可由软件置位或清零，当TR1=1时启动；TR1=0时停止。TF0：定时/计数器T0的溢出标志位，当定时/计数器T0计满时，由硬件使它置位，如中断允许则触发T0中断。进入中断处理后由内部硬件电路自动清除。TR0：定时/计数器T0的启动位，可由软件置位或清零，当TR0=1时启动；TR0=0时停止。3.2.1.4中断AT89S52 有6个中断源：两个外部中断（ 和），三个定时中断（定时器0、1、2）和一个串行中断。每个中断源都可以通过置位或清除特殊寄存器IE中的相关中断允许控制位分别使得中断源有效或无效10。IE还包括一个中断允许总控制位EA，它能一次禁止所有中断。如表1-6所示，IE.6位是不可以用的。它们为AT89系列新产品预留。定时器2可以被寄存器T2CON中的TF2和EXF2的或逻辑触发。程序进入中断服务后，这些标志位都可以由硬件清0。实际上，中断服务程序必须判定是否是TF2 或EXF2激活中断，标志位也必须由软件清0。定时器0和定时器1标志位TF0 和TF1在计数溢出的那个周期的S5P2被置位。它们的值一直到下一个周期被电路捕捉下来。然而，定时器2的标志位TF2在计数溢出的那个周期的S2P2被置位，在同一个周期被电路捕捉下来。表3-6 中断允许控制寄存器（IE）（MSB） (LSB)EA -ET2 ES ET1 EX1 ET0 EX0 EA：中断允许总控位。EA=0，屏蔽所有的中断请求；EA=1，开放中断。 ET2：定时器/计数器T2的溢出中断允许位 ES：串行口中断允许位。 ET1：定时器/计数器T1的溢出中断允许位。 EX1：外部中断 INT1的中断允许位。 ET0：定时器/计数器T0的溢出中断允许位。 EX0：外部中断 INT0的中断允许位。 随着计算机技术的高速发展，单片机以其自身的特点，已广泛应用于智能仪器、工业控制、家用电器、电子玩具等各个领域。3.2.3 时钟电路图3.3 时钟电路XTAL1是片内振荡器的反相放大器输入端，XTAL2则是输出端，使用外部振荡器时，外部振荡信号应直接加到XTAL1，而XTAL2悬空。内部方式时，时钟发生器对振荡脉冲二分频，如晶振为12MHz，时钟频率就为6MHz。晶振的频率可以在1MHz-24MHz内选择。电容取30PF左右。AT89S52中有一个用于构成内部振荡器的高增益反相放大器，引脚XTAL1和XTAL2分别是该放大器的输入端和输出端。这个放大器与作为反馈元件的片外石英晶体或者陶瓷谐振器一起构成自激振荡器5。片外石英晶体或者陶瓷谐振器及电容C1、C2接在放大器的反馈回路中构成并联振荡电路。对外接电容C1、C2虽然没有十分严格的要求，但电容容量的大小会轻微影响振荡频率的高低、振荡器工作的稳定性、起振的难易程序及温度稳定性，这里采用电容30pF，晶振采用11.0592MHz。3.2.4复位电路AT89C51的外部复位电路有上电自动复位和手动按键复位。上电复位电容充电来实现。手动按键复位又分为按键电平复位和按键脉冲复位。按键电平复位电路是在普通RC复位电路的基础上接一个有下拉电阻10K、上拉电容10f接VCC,电源由开关经串接的1K限流电阻至复位脚（和上拉电容并联），上拉电容支路负责在“上电”瞬间实施复位；开关通过1K上拉电阻和10K下拉电阻分压器，保证对单片机实施按键电平复位。增加放电回路的RC复位电路：使用比较电路，不但可以解决电源毛刺造成的系统不稳定，而且电源缓解下降也能可靠复位，电路图如下图所示： 图3.4复位电路3.3 LCD显示模块现在的字符型液晶模块已经是单片机应用设计中最常用的信息显示器件了。1602型LCD显示模块具有体积小，功耗低，显示内容丰富等特点。3.3.1 LCD1602的主要性能1602型LCD可以显示2行16个字符，有8位数据总线D0D7和RS，R/W，EN三个控制端口，工作电压为5V，并且具有字符对比度调节和背光功能6。1602型LCD的接口信号说明，如表3.7所示：编号符号引脚说明编号符号引脚说明1VSS电源地9D2Data I/O2VDD电源正极10D3Data I/O3VL液晶显示偏压信号11D4Data I/O4RS数据/命令选择端（H/L）12D5Data I/O5R/W读写选择端（H/L）13D6Data I/O6E使能信号14D7Data I/O7D0Data I/O15BLA背光源正极8D1Data I/O16BLK背光源负极表3.7 LCD1602接口说明基本操作程序读状态：输入：RS=L，RW=H，E=H输出：D0D7=状态字读数据：输入：RS=H，RW=H，E=H输出：无写指令：输入：RS=L，RW=L，D0D7=指令码，E=高脉冲 输出：D0D7=数据写数据：输入：RS=H，RW=L，D0D7=数据，E=高脉冲 输出：无3.3.2 LCD1602与单机的连接 图3.8 LCD与单片机的接口电路在实际的接线中，1602的DB0DB7与89S52的P0口相接，RS与P1.3相接，R/W与P1.2相接，E与P1.1相接。VL与地之间接一个10K的滑动变阻器来到1602初始显示的调节。3.4 AD9850 与单片机连接模块3.4.1 AD9850简介随着数字技术的飞速发展,用数字控制方法从一个参考频率源产生多种频率的技术,即直接数字频率合成(DDS)技术异军突起。美国AD公司推出的高集成度频率合成器AD9850便是采用DDS技术的典型产品之一。AD9850采用先进的CMOS工艺,其功耗在3.3V供电时仅为155mW,扩展工业级温度范围为4080,采用28脚SSOP表面封装形式。AD9850的引脚排列如图4.6所示,图4.7为其组成框图。中层虚线内是一个完整的可编程DDS系统,外层虚线内包含了AD9850的主要组成部分7。图3.9 AD9850管脚排列图图3.9 AD9850组成框图AD9850内含可编程DDS系统和高速比较器,能实现全数字编程控制的频率合成。可编程DDS系统的核心是相位累加器,它由一个加法器和一个N位相位寄存器组成, N一般为2432。每来一个外部参考时钟,相位寄存器便以步长M递加。相位寄存器的输出与相位控制字相加后可输入到正弦查询表地址上。正弦查询表包含一个正弦波周期的数字幅度信息,每一个地址对应正弦波中0360范围的一个相位点。查询表把输入地址的相位信息映射成正弦波幅度信号,然后驱动DAC以输出模拟量。相位寄存器每过2N/M个外部参考时钟后返回到初始状态一次,相应地正弦查询表每经过一个循环也回到初始位置,从而使整个DDS系统输出一个正弦波。输出的正弦波周期T0=Tc2N/ M,频率fout=Mfc/ 2N,Tc、fc分别为外部参考时钟的周期和频率。AD9850采用32位的相位累加器将信号截断成14位输入到正弦查询表,查询表的输出再被截断成10位后输入到DAC, DAC再输出两个互补的电流8。DAC满量程输出电流通过一个外接电阻RSET调节,调节关系为： Rset的典型值是3.9k。将DAC的输出经低通滤波后接到AD9850内部的高速比较器上即可直接输出一个抖动很小的方波。其系统功能如图3-3所示。图3.10 AD9850系统功能图AD9850在接上精密时钟源和写入频率相位控制字之后就可产生一个频率和相位都可编程控制的模拟正弦波输出,此正弦波可直接用作频率信号源或经内部的高速比较器转换为方波输出。在125MHz的时钟下, 32位的频率控制字可使AD9850的输出频率分辨率达0.0291Hz;并具有5位相位控制位,而且允许相位按增量180、90、45、22.5、11.25或这些值的组合进行调整。3.4.2 AD9850的控制字与控制时序AD9850有40位控制字, 32位用于频率控制,5位用于相位控制, 1位用于电源休眠(Powerdown)控制, 2位用于选择工作方式。这40位控制字可通过并行方式或串行方式输入到AD9850,图3.11是控制字并行输入的控制时序图,在并行装入方式中,通过8位总线D0D7将可数据输入到寄存器,在重复5次之后再在FQ-UD上升沿把40位数据从输入寄存器装入到频率/相位数据寄存器(更新DDS输出频率和相位),同时把地址指针复位到第一个输入寄存器。接着在W-CLK的上升沿装入8位数据,并把指针指向下一个输入寄存器,连续5个W-CLK上升沿后, W-CLK的边沿就不再起作用,直到复位信号或FQ-UD上升沿把地址指针复位到第一个寄存器9。图3.11 控制字并行输入的时序图图3.12 控制字串行输入的时序图在串行输入方式,W-CLK上升沿把25引脚的一位数据串行移入,当移动40位后,用一个FQ_UD脉冲即可更新输出频率和相位。图4.10是相应的控制字串行输入的控制时序图。AD9850的复位(RESET)信号为高电平有效,且脉冲宽度不小于5个参考时钟周期。AD9850的参考时钟频率一般远高于单片机的时钟频率,因此AD9850的复位(RESET)端可与单片机的复位端直接相连。位代号功能位代号功能位代号功能位代号功能W0Freq-b0(LSB)W10Freq-b10W20Freq-b20W30Freq-b30W1Freq-b1W11Freq-b11W21Freq-b21W31Freq-b31(MSB)W2Freq-b2W12Freq-b12W22Freq-b22W32ControlW3Freq-b3W13Freq-b13W23Freq-b23W33ControlW4Freq-b4W14Freq-b14W24Freq-b24W34Power-DownW5Freq-b5W15Freq-b15W25Freq-b25W35Phase-b0(LSB)W6Freq-b6W16Freq-b16W26Freq-b26W36Phase-b 1W7Freq-b7W17Freq-b17W27Freq-b27W37Phase-b 2W8Freq-b8W18Freq-b18W28Freq-b28W38Phase-b 3W9Freq-b9W19Freq-b19W29Freq-b29W39Phase-b4(MSB)表3.8AD9850串行装载的数据结构在表4.2中，位W0W31的32位是频率控制字，改变它的内容可以改变AD9850的输出频率。位W32和W33用于工厂测试，应向这两位赋0。位W34用来控制AD9850的上电和掉电，当不需要输出信号时，通过打这一位置1来实现掉电。位W35W39的5位是相位控制字，改变它的内容可以改变AD9850的输出相位。串行装载时，AD9850的D7引脚和W_CLK引脚组成同步串行接口，这个接口可以直接与89S52相接连。40位控制/数据字通过AD9850的D7引脚在W_CLK引脚的脉冲信号上升边沿作用下分40次装入。W0在前，W39在后，依次装入。完成40位控制/数据字的装载后，FQ_UD引脚的脉冲信号上升沿刷新AD9850的工作状态，同时复位寄存器指针，准备下一次位控制/数据字的装入。34.3单片机与AD9850的连接AD9850有两种与微机并行打印口相连的评估版,并配有Windows下运行的软件,可以作为应用参考,但运用单片机实现对DDS的控制与微机实现的控制相比,具有编程控制简便、接口简单、成本低,容易实现系统的小型化等优点,因此普遍采用MCS51单片机作为控制核心来向AD9850发送控制字。单片机与AD9850的接口既可采用并行方式,也可采用串行方式,但为了充分发挥芯片的高速性能,应在单片机资源允许的情况下尽可能选择并行方式,本系统采用AT89S52 单片机作为控制核心,通过串行写入控制字的方式控制AD9850 芯片,加上键盘和LCD 显示部分等外围电路,构成整个系统电路。为了详细介绍AD9850 的用法, 这里重点给出本系统中AT89S52 单片机与AD9850 芯片连接电路,如图所示,其中R1 = 3. 9 k , R2 = 50 , R3 = 25 ,单片机晶振选用12 MHz ,电容采用20 p F 经典值。单片机采用12 MHz晶振时,它的高电平时间能够满足AD9850 复位要求,故可将AD9850 的复位端与单片机的复位端直接相连。图3.13 AD9850与单片机连接电路图3.5.滤波电路设计为了使输出的频率不受外界和一些杂波的干扰，需用一个低通滤波器(LPF)滤除高次谐波。常用的滤波器的频率响应有三种:巴特沃斯型（Butterworth），切比雪夫型 (Chebyshev)和椭圆型 (Cauer)。其中巴特沃斯滤波器通带最平坦，它的通带内没有纹波，在靠近零频处，有最平坦通带，趋向阻带时衰减单调增大，缺点是从通带到阻带的过渡带最宽，对于带外干扰信号的衰减作用最弱，过渡带不够陡峭，因此它适用于对通带要求较高，而去除的频率离通带较远的情况;切比雪夫滤波器在通带内衰减在零值和一个上限值之间做等起伏变化，阻带内衰减单调增大，带内有起伏，但过渡带比较陡峭;椭圆滤波器不仅通带内有起伏，阻带内也有起伏，而且过渡带陡峭。比较起来，椭圆滤波器性能更好，本设计中采用的是椭圆滤波器10。具体电路图如图3.14所示。图3.14 滤波电路4 软件设计与调试41 程序流程图 开始主程序输入初始化LED显示键盘扫描是否有键按下？处理按键频率字修