基于单片机的dds函数信号发生器.docx

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基于单片机的dds函数信号发生器

本科毕业论文设计

基于单片机的DDS函数信号发生器

题目：

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【内容摘要】信号发生器常被用来当作信号发生源，它可以产生多种波形,如三角波、锯齿波、矩形波（含方波）、正弦波，并且各波形的幅度和频率可调，正是因为信号发生器可以产生各种波形的信号，因此在在电路实验和设备检测生产实践和科技领域中都有着广泛的应用。

本系统主要包括四个部分，电源供电，单片机最小系统，DDS，显示。

本系统主要用89C52单片机与DDS器AD9833构成的函数信号发生器，可产生方波、三角波、正弦波，可以由程序控制改波形的周期，并可以通过按钮实现不同波形切换。

DDS输出信号的幅值为0-2.5V，频率步进1KHz可调，实际信号频率通过4位数码管显示。

对于输出信号幅值的控制，主要是用OP07放大器对其信号放大来实现的。

通过OP07放大器可以把DDS输出信号的幅值放大2倍，从而达到了输出波形幅值在0-5V变化。

【关键词】：

AD9833；89C52；DDS；信号发生器

ABSTRACT

Placingsignageatsignalgeneratorisoftenusedasasignal,itcanproducevariouswaveform,suchastrianglewave,sawtoothwave,rectanglewave（includingsquarewave）,sinewave,andthewaveamplitudeandfrequencyadjustable,itisbecausethesignalgeneratorcanproducevariouswaveformsignal,thereforeincircuitexperimentandtestequipmentinthefieldofproductionpracticeandscienceandtechnologyhasawiderangeofapplications.

Systemmainlyincludesfourparts,powersupply,singlechipmicrocomputerminimumsystem,DDSconversion,display.ThissystemmainlyUSESthe89c51andconstituteoftheDDSconverterAD9833functionsignalgenerator,canproducesquarewave,trianglewave,sinewave,canbecontrolledbytheprogramtochangethecycleofthewaveform,andcanimplementdifferentwaveformbypressingthebuttonswitch.Outputsignalamplitudeof0-2.5V,step1KHZfrequencyisadjustable,theactualsignalfrequencythroughthefourdigitaltubedisplay.Forcontroloutputsignalamplitude,mainistouseOP07amplifierforsignalamplification.ThroughtheOP07amplifiercanmagnifyDDSoutputsignalamplitude2times,soastoachievetheoutputwaveformamplitudechangesin0to5v.

Keywords:

AD9833；89C52；DDSconverter；signalgenerator

1绪论

1.1课题研究背景

便携式和智能化越来越成为仪器的基本要求，对传统仪器的数字化，智能化，集成化也就明显得尤为重要。

平时常用信号源产生正弦波，方波，三角波等常见波形作为待测系统的输入，测试系统的性能。

单在某些场合，我们需要特殊波形对系统进行测试，这是传统的模拟信号发生器和数字信号发生器很难胜任的。

新型数字信号发生器，利用单片机的强大功能，设计合适的人机交互界面，使用户能够通过手动的设定，设置所需波形[1]。

1.2研究内容及意义

本文是做基于单片机的信号发生器的设计，将采用编程的方法来实现三角波、方波、正弦波的发生。

根据设计的要求，对各种波形的频率进行程序的编写，通过放大器来调幅，并将所写程序装入单片机的程序存储器中。

在程序运行中，当接收到来自外界的命令，需要输出某种波形时再调用相应的中断服务子程序和波形发生程序，经电路的数/模转换器和运算放大器处理后，从信号发生器的输出端口输出。

1方案论证

1.1单片机选择与论证

一、单片机选择：

方案一：

采用增强型51单片机，内部自带DA

方案二：

采用MCS-51系列89C52单片机

2、方案论证:

我们在网上找了许多增强型的的单片机，内部自带AD及DA的，但是发现一般内部自带8位的AD及DA，但是一般频率达不到要求，考虑到频率的问题，我们放弃了方案一

方案二采用89C52单片机，89C52具有32个I/O口可以满足对I\O口的需求，同时该单片机价格便宜，并且我们对此单片机比较熟悉。

综合考虑，我们选择方案二。

1.2DDS选择与论证

DDS选择

方案一：

采用我们熟悉的8位DA，DAC0832.

方案二：

采用DDS，AD9833.

方案三：

采用内部自带基准源的12位DAMAX531

方案论证：

方案一中选择DAC0832虽符合题目的要求，但是输出精度不高，误差大，输出的波形不圆滑，与理想的正弦波相差大，所以我们放弃方案一。

方案二AD9833为DDS，输出的精度更高，同时也可通程序改进精度，其频率最高可达30M，所以该芯片适合。

方案三中MAX531内部自带2.048V基准源，输出精度高，但价格太贵，且频率达不到我们的要求，我们放弃方案三。

综上所述，我们选择方案二[2]。

图1AD9833引脚图

1.3显示模块

方案一、采用1602液晶屏作为显示模块

方案二、采用数码管作为显示模块

方案论证：

方案一中1602可以显示2行英文字符和数字，电路连接简单，占用单片机I/0口少。

缺点是显示字符小，不易看清，价格太高，程序编写复杂。

图2LCD1602实物图

方案二采用数码管至少要4位，则要占用12个I/O口，数码管显示时采用动态扫描功耗较低。

显示清楚，易于辨认。

程序编写简单，价格低。

缺点是显示信息量较少，不能显示符号。

图34位数码管实物图

综合考虑，我们决定选取方案二。

1.4、电源模块的选取

方案一、采用开关电源模块

方案二、自己制作线性电源电路

方案论证：

方案一中采用开关电源可以提高整个电流源的效率，体积也会相应的减小，但是开关电源的纹波电压大，电源的纹波电流可能会过大，达不到输出精度的要求。

方案二中自己制作线性电源，线性电源具有纹波电压低的特点。

电路中一共要输出两路电源，分别是+15V，+5V我们可以用常用的线性稳压器7815、7805得到稳压的电压输出。

综合上述考虑，我们选择方案二

2硬件电路设计

2.1硬件设计总体框图

图4硬件设计总体框图

2.2系统原理框图简介

本系统主要包括：

电源，单片机最小系统，按键，数码管显示，DDS器，OP07运算放大器6个部分。

系统采用5V供电，用户通过按键设定选择所要输出的波形，单片机控制DDS输出相关的波形，DDS输出的信号经过运算放大器放大信号幅值，然后输出，信号的频率通过数码管显示。

输出的波形类型通过LED状态灯来显示。

2.3电源电路设计

图5电源电路

供电电路采用的是直流线性稳压器组成。

一般直流稳压电源的组成如图2-3所示

图6直流稳压电源组成图

分析：

交流电经过变压器变压得到电压UAC,根据单相桥式整流电路的特性，我们可以计算出整流以后的电压UO[3]。

UO是整流电路的输出端电压瞬时值在一个周期内的平均值，即

Uo=

（公式一）

图2-4整流波形图

根据上图中的波形可得

UO=

（公式二）

二极管正向平均电流：

桥式整流电路两组整流二极管交替导通，由上较长的波形图可以看出，流过每个二极管的平均电流等于输出电流的一半。

即

（公式三）

滤波电容和整流二极管的选择，在未加滤波电容之前，整流二极管有半个周期处于导通状态，二极管的导通角θ=

。

而接入滤波电容后，二极管只在电容器充电时才导通，导通角θ<

。

由于滤波后输出平均电流增大，而二极管的导通角反而减小，所以流过二极管的瞬时电流很大。

这对管子的寿命极为不利。

因此必须选用较大容量的整流二极管。

通常应选择其电大平均整流电流IF大于负载电流IO的2-3倍[4]。

整流滤波后的直流电压UI接在输入端和公共端之间，在输出端可以获得稳定的输出电压UOUT，正常工作时，输入输出电压差为2-3V。

图2-2中，若7815输出的电压接7805，则7805两端的电压差为10V，若流过7805的电流过大，则7805上的功耗就会很大，发热量大时，若没有很好的散热措施，很容易将7805烧坏，所以必须加一个稳压块7809进行缓冲，这个7805两端的电压差变为4V，这样在7805上消耗的功率就会相应的变小，功率也会变小[5]。

图2-2中电解电容的作用是改善负载的瞬态响应，瓷片电容主要是抵消因为长线传输引起的电感效应；

用一片7815得到稳定电压+15V给集成运算放大器供电，7809输出的9V再经一片7805得到5V的输出，供给单片机和DDS等数字芯片。

供给功率管的电源采用另外一个供电电路，主要是为了防止数字电路与模拟大功率器件之前的相互干扰。

图7PCB地线布线规则

同时在PCB走线时，将数字地和模拟地分开走线，最后通过一个0欧电阻连在一起。

最大限度的减小相互之间的干扰。

2.4单片机最小系统设计

本系统主要采用AT89C52单片机，AT89C52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80C52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AT89C52为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活、有效的解决方案[6]。

2.4.1单片机主控电路

图8单片机最小系统

图2-6中，LED1-LED4是输出波形状态指示灯，P0口接的是数码管的段，P2口低4位接数码管的位选，高三位接DDS器AD9833，SW1-SW6是接按键，X1,X2是单片机时钟电路，RST是单片机复位电路。

2.4.2单片机最小系统组成

单片机最小系统是指单片机能工作的最基本的系统，89C52单片机的最小系统主要包括以下几个部分：

4V-5.5V的数字电源，时钟，复位，此外由于我们是从单片机内部存储器读取程序，所以单片机的EA引脚必须接为高电平。

电源部分是通过7805三端稳压芯片得到5V电源。

在单片机的电源端必须接一个瓷片电