一种基于DDS芯片的信号源设计毕业论文
基于DDS技术的信号源设计与实现_彭文标
表 ３ ＡＤ９８５２ 的控制寄存器
－ ２７２ － ３６０元 ／ 年 邮局订阅号： ８２－９４６
图 ４ ＢＰＳＫ 子程序流程图 图 ４ 为 ＢＰＳＫ 输出是的子程序流程图， 首先根据需要设置 ＡＤ９８５２ 的控制寄存器， 然后 设 置 载 波 信 号 的 频 率 控 制 字 、两 个 相位调节字， 将待调制数据送入 ＡＤ９８５２ 的 ２９ 脚， 最后， 待更新 时钟作用后， 电路就输出 ＢＰＳＫ 信号。
基金项目：谐波信号处理与谐波电能精确计量研究 湖 北 省 自 然 科 学 基 金 （２００６ＡＢＡ２０２）
中（并 行 地 址 为 １ＦＨ） 的 三 位 工 作 模 式 设 置 位 进 行 选 择 ， 设 置 方 式如表 １ 所列。
《Ｐ ＬＣ 技术应用 ２００ 例》
邮局订阅号： ８２－９４６ ３６０ 元 ／ 年 － ２７１ －
题。ＡＤ９８５２ 采用 ３．３Ｖ 供电， 和单片机之间应设置一电平转换电
路 ； 参 考 时 钟 可 以 单 端 输 入 ， 也 可 以 差 分 输 入 ， 当 ＤＩＦＦ／ＳＩＮＧＬＥ
ＳＥＬＥＣＴ（ｐｉｎ６４）为 高 电 平 时 ， 应 该 采 用 差 分 输 入 ， 当 ＤＩＦＦ／ＳＩＮ－
技 ＧＬＥ ＳＥＬＥＣＴ 为低 电平时， 应该采用单端输入； ＡＤ９８５２ 采用高
Ｎ 时， 输出的信号频率为 ｆｏｕｔ＝ＦＴＷ＊ｆｓｃ／２Ｎ。
系 统 时 钟 下 输 出 频 率 的 精 度 可 达 ０．０７Ｈｚ； 可 进 行 ｓｉｎ（ｘ）／ｘ 校 正 ；
理论上， ＤＤＳ 的最高 输 出 频 率 可 达 参 考 源 频 率 的 一 半 。 当 具有良好的动态性能， 在 １００ＭＨｚ 输出时， ＤＡＣ 输出的抑制寄生
５ 结束语
基于DDS芯片的信号源设计_张美仙
DAC输出 , 在输 出端输 出正 弦波 (0X0002输 出三 角波 , 0X0028
输出方波 )。 其流程图如图 3所示 。
益。
图 4 CY7C68013 与 FPGA的连接方式
进行 FPGA逻 辑 设计 时 , 重 点 在 于 AD9833 的 时 序 控制 ,
AD9833时序特性的仿真图如图 5所示 。 FSYNC引脚是 使能引
进行串行数据传输时当fsync在sclk高电平时被置低在16个sclk的下降沿将配置数据送到ad9833的移位寄存器在第16个sclk的下降沿将fsync高当然也可以在fsync置低后连续加载多个16位数据仅在最后一个数据的第16个sclk的下降沿时将fsync图5ad9833串行时序的仿真图24放大器模块ad9833产生的正弦波和三角波信号幅值为065v方波输出幅值为33v要想实现调幅功能需要将ad9833的输出信号接入下一级放大电路中
(2)
式中 :fclk为时钟频率 ;M为频率字 ;PHASEREG为相 位字 。
该设计中采用 25MHz晶 振为 AD9833提供主频 时钟 , 比如
要产生一个 20 kHz, 相位偏移为零的正弦波信号 , 通过式 (1)可
以计算出频 率字 M=0X346DC.该 设计中 选用 了 AD9833 的频
第 9期
张美仙等 :基于 DDS芯片的信号源设计
55
率字 , 2个 12位的相位寄存器用来存放相位字 。 控制字 根据控
制寄存器相应位 的功 能就 可以得 到 , AD9833的 输出 频率 和相
位可以分别通过式 (1)和式 (2)得到 :
fout=(M×fclk)/228
(1)
Pout=(2π ×PHASEREG)/4096
基于单片机的DDS信号发生器设计毕业论文
摘要本文首先介绍了信号发生器的发展以及直接数字频率合成技术(DDS)的现状和发展趋势，然后介绍了DDS的原理结构及其主要构成部分。
再根据系统的要求，比较合理地采用了DDS技术，以单片机AT89S52和AD9850芯片为核心，设计了一种结构简单性能优良的信号发生器。
最后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,分别是单片机主控制模块，DDS模块和信号频率显示模块。
软件部分主要开发基于单片机AT89S52的数据处理和控制程序，以及信号发生器的外部通信程序。
最终完成实验电路板的制作，并通过电路板的调试，实现电路工作正常。
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精度高，频带宽等特点。
关键词：信号发生器；DDS；AT98S52；AD9850；频率；ABSTRACTThis article describes the development of the signal generator, the status and development trends of direct digital frequency synthesis (DDS) technology at first, then introduces the principle of DDS structure and its main components. According to system requirements, more rational use of DDS technology, single-chip AT89S52 and AD9850 chip as the core, has designed a simple structure and excellent performance of the signal generator. Finally, there is a detailed analysis of the signal generator system architecture, hardware and software design and specific circuit implementation. The hardware portion of the signal generator consists of three modules, namely, single-chip main control module, DDS module and signal frequency display module. Some of the major software development based on MCU AT89S52 data processing and control procedures, as well as external communication signal generator program. Completing the pilot circuit board production, and through the debug board to realize the circuit is working properly. According to the results of final test, the system shows that the output signal waveform signal generator has high accuracy, bandwidth and other characteristics.Keywords: Signal Generator; DDS; AT98S52; AD9850; Frequency目录摘要 (I)ABSTRACT .................................................................................................................. I I 第1章绪论 (1)1.1 课题背景 (1)1.2 课题的主要研究目的和意义 (1)第2章 DDS简介 (3)2.1 DDS结构 (3)2.2 频率预置与调节电路 (4)2.3 累加器 (4)2.4 控制相位和控制波形的加法器 (5)2.5 波形存储器 (5)2.6 D/A转换器 (5)2.7 低通滤波器 (6)第3章系统整体设计方案 (7)3.1 系统设计原理 (7)3.2 总体设计框图 (7)第4章系统各模块组成 (8)4.1 单片机控制模块 (8)4.1.1 AT89S52单片机介绍 (8)4.1.2 AT89S52功能特性描述 (8)4.1.3 时钟电路 (11)4.1.4 复位电路 (11)4.2 按键控制模块 (12)4.3 LCD显示模块 (13)4.4 AD9850 与单片机连接模块 (13)4.4.1 AD9850简介 (13)4.4.2 AD9850的控制字与控制时序 (16)4.4.3 单片机与AD9850的接口 (18)第5章软件设计与硬件调试 (20)5.1 程序流程图 (20)5.2 软件测试 (21)5.3 硬件电路制作 (21)5.4 硬件电路调试 (22)第6章结束语 (27)致谢 (28)参考文献 (29)附录1 原理图 (30)附录2 主程序代码 (31)第1章绪论1.1 课题背景信号发生器[1]，它是一种悠久的测量仪器，最早出现于十九世纪20年代。
基于DDS的信号源设计论文
基于DDS的信号源设计论文作者：郭泳丽张晋涛薛凯栋史佳茹侯翰林来源：《科学导报·学术》2020年第17期摘;要：本文主要介绍了采用直接数字频率合成DDS芯片实现正弦信号输出，并完成调频，调幅功能。
它采用美国模拟器件公司（AD公司）的芯片AD9851，并用AT89C51单片机对其控制，首先从DDS芯片的输出，经低通滤波得到正弦信号，然后对该信号进行调频，调幅。
其中调频部分可以通过在软件中修改DDS芯片的频率控制字，相位控制字等来实现，而调幅部分需在DDS输出正弦信号之后外加一调幅器实现。
调幅部分将DDS输出作为载波信号，RC振荡器提供1KHz振荡作为调幅信号，它利用了乘法器MC1496完成对正弦信号调制。
该系统输出稳定度、精度极高，适用于当代的尖端的通信系统和精密的高精度仪器。
关键词：直接数字频率合成（DDS）;AD9851;调频;调幅1、设计任务及初步规划设计本课题是利用高性能DDS芯片设计频率范围在0～10 MHz，并能够实现调频、调幅的信号源。
要求其频率稳定度小于等于10-6在对本课题总体规划设计过程中，主要可分成以下几块：（1）控制电路的设计，其主要功能是完成对DDS芯片的控制，包括频率控制字，相位控制字等的数据输入信号以及频率更新和字输入时钟端等的控制信号。
这些控制信号可以由PC 机，单片机，可编程逻辑器件PLD，或者常规的数字逻辑电路来产生。
PLD是由用户在工作现场进行编程的逻辑器件，在产品研制的未定型阶段，这种方式比较灵活，常规的数字逻辑电路最简单，价格最便宜，最容易上手，但不够灵活。
而单片机具有体积小，可控性高，控制功能强，使用方便，性价比较高等诸多优点，我准备采用常用的控制电路的芯片AT8951单片机来完成控制部分的功能。
（2）參考时钟电路设计。
参考频率源可选用普通晶体振荡器，温补晶体振荡器或恒温控制晶体震荡器等。
其中恒温控制晶体震荡器的性能指标最好，但体积最大，价格也最贵，而普通晶体振荡器虽价格便宜，但其频率稳定度通常较低，所以在工程实际中，一般采用温补晶体振荡器作为DDS的参考时钟输入比较合适。
毕业设计(论文)-基于DDS芯片AD9951的信号发生器
基于DDS芯片AD9951的精密信号发生器设计摘要直接数字频率合成（Direct Digital Frequency Synthesis简称DDS）是近年来迅速发展起来的一种新的频率合成方法。
而AD9951是美国模拟器件公司（ADI）最新推出的高集成度DDS芯片。
本设计采用该芯片，以AT89S52单片机为控制，采用AT24C02来存储重要的系统数据，由1602点阵式字符型液晶显示模块作为显示器，并加上一个小键盘构成了精密信号发生器。
要求其输出频率范围为0～160MHz、最小步进为10Hz或者1Hz、输出信号幅度大于0.3Vp-p、杂散小、有掉电数据保持功能。
文中详细介绍了DDS的工作原理以及该信号发生器的软、硬件设计方案，并给出了具体的程序设计。
指标关键词：直接数字频率合成（DDS）、AD9951、AT89S52、信号发生器、频率控制字直接数字频率合成（Direct Digital Frequency Synthesis简称DDS）是近年来迅速发展起来的一种新的频率合成方法，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。
而AD9951是美国模拟器件公司（ADI）最新推出的高品质、高集成度DDS芯片。
本设计采用该DDS芯片作为核心元件，以AT89S52单片机为主控器件、并辅以AT24C02存储重要的系统数据、1602点阵式字符型液晶显示模块作为显示器，构成了一种精密的DDS信号发生器。
文中详细介绍了DDS的工作原理以及该精密信号发生器的软、硬件设计方法，并给出了具体的程序设计方案。
设计出的信号发生器，输出频率范围为0～160MHz、最小步进为10Hz或者1Hz、输出信号幅度大于0.3Vp-p、杂散小。
关键词：直接数字频率合成（DDS）、AD9951、AT89S52、信号发生器、频率控制字该芯片能以早期DDS 1/10的功耗提供速度高达400 MHz 的内部时钟，而合成频率高达160 MHz。
基于DDS信号源的设计
基于DDS信号源的设计DDS信号源的原理是利用数字方式产生一个周期信号波形，并通过数字-模拟转换器（DAC）将其转换为模拟信号。
它的优势在于可以通过改变相位累加器的步进值和相位增量，来改变产生的信号的频率和相位，从而实现频率和相位可调的模拟信号产生。
相位累加器是DDS信号源的核心部件，它通过控制相位累加器的步进值和相位增量来调节信号的频率和相位。
相位累加器一般是一个计数器，每次计数器增加一个固定的步进值，通过改变步进值的大小可以改变信号的频率（频率=步进值/时钟频率）。
相位增量调节器的作用是用来调节相位的改变速度，可以让信号的相位增加或减小。
数字-模拟转换器是将数字信号转换为模拟信号的设备，它可以将DDS产生的数字信号转换为精确的模拟信号。
数字-模拟转换器的精度决定了模拟信号的质量，一般来说，越高的精度对应着更好的模拟信号质量。
时钟系统是DDS信号源的基本组成部分，它提供一个稳定的时钟信号用于控制相位累加器的计数和相位增量的调节。
时钟的稳定性和精确性对信号生成的质量有着重要的影响。
控制单元是DDS信号源的控制中心，它通过用户输入的指令来控制相位累加器和相位增量调节器的参数，从而实现对信号频率和相位的调节。
控制单元一般由微处理器或可编程逻辑器件实现，可以通过用户界面或计算机软件进行控制。
基于DDS信号源的设计在很多领域都有广泛的应用。
其中，最常见的应用是在仪器仪表领域，如信号发生器、频谱分析仪等。
基于DDS信号源的设计可以实现任意频率和相位的信号生成，对于信号的精确度和稳定性要求较高的仪器仪表有着很好的适用性。
此外，基于DDS信号源的设计还可以应用于通信系统、声音合成、音频处理等领域。
在通信系统中，可以利用DDS信号源生成载波信号，进行频率和相位调制，实现高质量的数字通信。
在声音合成和音频处理中，可以通过DDS信号源生成模拟音频信号，实现音乐合成、音色变化等功能。
总之，基于DDS信号源的设计是一种灵活、高精度的数字信号生成技术，具有广泛的应用前景。
基于dds技术的信号源设计
基于dds技术的信号源设计
基于DDS技术的信号源设计是一种数字式信号源的设计方法，它使用数字信号处理技术来产生高精度、高稳定性、高分辨率的信号。
DDS技术的核心是一个数字信号发生器，它通过对一个频率相位累加器的控制来产生一个可编程的、精确的、高速的信号。
DDS技术的主要优点包括频率和相位的可编程性、高稳定性、低相位噪声以及高动态范围。
在一个基于DDS技术的信号源中，通常包含一个频率相位累加器、一个数字控制振荡器、一个数字信号处理器、一个数模转换器以及一个模拟输出放大器。
其中，频率相位累加器是DDS技术的核心部分，它通过不断累加自身的相位来产生一个可编程的数字信号。
数字控制振荡器用于控制频率相位累加器的频率和相位，数字信号处理器用于对输出信号进行数字信号处理，数模转换器用于将数字信号转换为模拟信号，模拟输出放大器用于放大输出信号并将其输出到外部设备中。
在设计一个基于DDS技术的信号源时，需要考虑信号源的输出频率范围、分辨率、稳定性和相位噪声等指标。
同时，还需要考虑功耗、芯片面积和成本等因素。
为了满足这些要求，设计人员需要选取合适的数字信号处理器、数模转换器和模拟输出放大器，并进行精确的信号源校准和测试。
总的来说，基于DDS技术的信号源设计是一种高精度、高稳定性、高分辨率的数字信号源设计方法，它具有广泛的应用领域，包括通信、雷达、医学成像等。
基于DDS信号发生器毕业设计论文
目录绪论 (1)1 系统设计 (1)1.1方案论证 (2)1.1.1 信号模块 (2)1.1.2 控制模块 (3)1.1.3 显示模块 (4)1.1.4 键盘输入模块 (4)1.1.5 系统各模块的最终方案 (4)1．2理论分析与计算 (5)1.2.1 频率精度计算 (5)1.2.2 DDS的理论分析 (5)1.2.3 DDS的参数计算 (6)2 硬件系统设计 (7)2．1硬件元器件的选用 (7)2.1.1 C8051F020控制芯片简介 (7)2.1.2 AD9954简介 (9)2．2单元硬件电路设计 (13)2.2.1 矩阵(4×4)键盘电路 (13)2.2.2 电源电路 (14)2.2.3 电压调幅电路 (14)2.2.4 方波电路 (14)2.2.5 三角波电路 (15)3 软件系统设计 (16)3.1程序流程图 (16)4 系统测试 (19)4.1仿真测试 (19)4.2指标测试 (19)4.3测试方法 (20)5 结束语 (22)致谢 (23)参考文献 (24)附录一对AD9954编程的主要源程序清单 (25)附录二LCD显示子程序 (35)摘要：随着数字集成电路、微电子技术和EDA技术的深入研究，DDS技术以其有别于其它频率合成技术的优越性能和特点，成为现代频率合成技术中的佼佼者。
根据题目要求，我们以单片机C8051F020芯片和AD9954芯片为核心，辅以必要的模拟电路，设计一台信号发生器，使之能产生正弦波、方波和三角波。
该系统主要由控制模块、信号模块、显示模块、键盘输入模块构成。
仅用单片AD9954就实现了直接数字频率合成技术（DDS），产生稳幅正弦波。
输出的正弦波经过比较电路来实现方波的输出，而三角波则是在方波的基础上通过接入积分电路来实现的。
单片机对内部寄存器控制，AD9954就可以产生一个频谱纯净、频率和相位都可编程控制且稳定性很好的模拟波形，整个系统结构紧凑，电路简单，功能强大，可扩展性强。
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第一代频率合成器是采用直接的方式，由一个或多个晶体震荡器经分频，倍频，混频，从单一或几个参数频率中产生多个所需的频率。其分辨率高，转换时间短，频段宽，相位噪声小，但是体积大、功耗大，目前已基本不被采用。
而后就是20世纪60年代，随着相位反馈理论和模拟锁相技术的应用，产生的间接合成理论，由此引发了频率合成理论的第一次革命间接频率合成。其主要代表为锁相环频率合成，简称PLL（Phase-Lockde Loop），被称为第二代频率合成技术。
1.2频率合成技术及发展
频率合成理论提出于20世纪30年代，到目前已有七十多年的发展史。频率合成的概念就是由一个或几个参考频率通过一系列转换，产生一个或多个频率信号的过程。而频率合成器是一种频率转换装置，广泛地应用于产生电子系统的基准频率，其合成的精度和稳定度受参考频率的精度和稳定度以及外围电路的影响。
PLL一般由数字鉴相器、分频器、模拟环路滤波和压控振荡器组成，因其具有相位噪声低，杂散抑制好，输出频率高，价格便宜等优点至今仍在频率合成器领域占有重要地位。目前已有许多性能优良的单片PLL频率合成器面市，PLL频率合成利用了相位反馈控制原理来稳频，在频率切换速度要求不高，但相对相位噪声、杂散有较高要求时，PLL频率合成有特殊的优势。PLL式频综输出的频率分辨率越高时，其频率切换速度就越慢。如果要提高切换速度，就必须牺牲分辨率，这是PLL的工作机理所致，无法通过性能优化来解决。所以在选择锁相式频率合成时除了考虑频谱纯度外，还要考查其它性能是否满足要求。
随着数字信号理论和超大规模集成电路VLSE的发展，在频率合成领域诞生了一种革命性的技术，那就是七十年代出现的直接数字频率合成DDS（Direct Digital frequency Synthesis）,它的出现标志着频率合成技术迈进了第三代。1971年3月，J.Tierney 和C.M.Tader等人首先提出了DDS的概念：利用数字方式累相相位，再以相位之和作为址来查询正弦波幅度的离散数字序列，最后经D/A变换得到模拟正弦输出。DDS由于具有极高的频率分辨率，极快的变频速度，变频相位连续，相噪较低，易于功能扩展和全数字化便于集成等优点，因此在短短的二十多年里得到了飞速的发展和广泛的应用。
1.3 DDS的现状
电子信息行业起源于上个世纪30年代，而后随着计算机的问世而逐渐成长开来，但真正的飞速发展却是在上个世纪90年代。至今短短的三十年间，伴随其发展而迅速成长起来的技术之一-----频率合成也成为一项关键技术，被誉为电子通信行业的“心脏”，起着至关至键的重要作用。而DDS又作为频率合成里面的一个新生军，以其可编程，全数字化，易于集成控制等优点逐步占领电子通信行业市场，也深得人们信赖。
一种基于DDS芯片的信号源设计毕业论文
摘
ABSTRACT
前
第
1.1设计目的及意义2
1.2频率合成技术及发展2
1.3 DDS的现状3
1.4设计任务与要求4
第
2.1 DDS简Байду номын сангаас5
2.1.1 DDS基本原理5
2.1.2 DDS的性能特点7
2.1.3 DDS主要性能指标7
2.2方案选择与比较8
2.2.1 DDS+PLL方案8
DDS是目前最先进的频率合成技术。本次设计电路中采用单片机MCS51来控制DDS芯片AD9850输出分辨率为两路相位正交，频率在0—15MHZ围变化，1HZ的正弦波信号，就其软硬件设计也作了比较详细的描述。设计出的信号源具有以下优点。
极快的频率转换速度；
极高的频率分辨率；
低相信噪声；
相位连续可变；
除了以上这些特点，DDS因其还具有可编程，全数字化，易于集成，体积小重量轻等优点，在电子测量，雷达系统，调频通信，电子对抗等领域都具有十分广泛的前景。
但世事无完美，任何事情都有对立性。也正是因为DDS具有众多优点的数字化结构，因而其存在以下两点不足。
（1）散分量丰富。这些杂散分量主要由相位舍位、幅度量化和DAC的非理想特性所引起。因为在实际的DDS电路中，为了达到足够小的频率分辨率，通常将相位累加器的位数取大。但受体积和成本的限制，即使采用先进的存储方法，ROM的容量都远小于此，因此在对ROM寻址时，只是用相位累加器的高位去寻址，这样不可避免地引起误差，即相位舍位误差。另外，一个幅值在理论上只能用一个无限长的二进制代码才能精确表示，由于ROM的存储能力，只采用了有限比特代码来表示这一幅值，这必然会引起幅度量化误差。另外，DAC的有限分辨率以及非线性也会引起误差。所以对杂散的分析和抑制，一直是国外研究的特点，因为它从很大程度上决定了DDS的性能。
第
4.1单片机系统软件设计20
4.2单片机程序流程图21
第
5.1仿真软件的介绍25
5.2仿真硬件介绍25
5.3软件模拟仿真与理论分析27
5.4整机联调理论分析29
第
致谢词
参考文献
附录一
附录二
附录三
第1章绪 论
1.1设计目的及意义
信号源即信号发生器，是用来产生各种电子信号的仪器。
自20世纪90年代以来，电子通信技术的突飞猛进的发展，人们对信号源的要求越来越高，而作为电子通信系统的“心脏”的频率合成器，也要不停地接受人们精良细致的择选淘汰，传统的模拟信号源因其倍频、分频等工作原理而在体积、时间、功耗各方面都存在欠缺，现今已不能满足人们的要求。比如要设计一频率围为0—15MHZ的信号源，其包括了超低频---高频围，如用传统电路来完成则要求分别独立设计各个频率围的信号源，使用上不方便且频率准确度和频率稳定度极差。而DDS以其优良的全数字化与弥补于前两代在各种性能上的不足而正在成为频率合成世家的主导力量。
2.2.2单片机控制DDS芯片方案9
2.2.3方案的选择10
第
3.1系统组成和工作原理11
3.2单片机系统设计11
3.2.1单片机的概念11
3.2.2AT98C51单片机的介绍11
3.3 DDS系统的设计14
3.3.1DDS系统的设计思路14
3.3.2AD9850芯片介绍15
3.3.3系统硬件电路图19
（2）频带受限。由于DDS部DAC和ROM的工作速度限制，使得DDS输出的最高频率有限。目前市场上采用CMOS、TTL等工艺制作的DDS芯片工作频率一般在几十MHz至几百MHz左右。但随着高速GaAs器件的出现，频带限制已明显改善，芯片工作频率可达到2GHz围左右。