信号发生器毕业设计
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图8：键盘扫描子程序流程
4.3 信号频率数字预置子程序
信号频率的数字控制程序流程如图9所示。该部分程序主要用于将键盘输入值转换成十六进制数据，然后产生相应的频率控制字并送至DDS芯片，以改变DDS的相位增量，最终输出相应频率信号。
图9：信号频率数字预置子程序流程
结束语
通过严格的实验测试证明，本系统采用DDS完全可以实现输出信号类型的选择设置、信号频率数字预置、信号幅度数字步进可调等功能，是一种输出信号频率覆盖宽(0.023 Hz～40 MHz)、信号源分辨率高、波形失真小、全数控型函数信号发生器。具有一定的实用开发价值。
第二章方案设计
波形发生器的设计方案有好多种,而我们按照不同需要选择不同的方案,下面介绍三种种信号发生器的原理方案:
一﹑方案一
利用DDS芯片与单片机来设计波形发生器，采用AT公司单片机AT98S52作为控制芯片，用于控制键盘、显示和DDS芯片的工作。其中键盘用于设定工作频率参数，显示部分采用16*2的通用点阵字符液晶显示器，DDS芯片采用AD9832 。DDS芯片输出正弦波通过放大电路的放大再输出。
CD4051的八选一控制信号来源于AT89S52的P0～P3接口，74HC373P也是考虑复用P0端口而设置的。AD9850输出的方波经积分电路转换为三角波后，经AD811高速运放可提高其负载能力。
4系统软件设计
4.1 主程序
主程序可控制整个系统，包括控制系统的初始化、显示、运算、键盘扫描、频率控制、幅度控制等子程序，其主程序流程如图7所示。
七、参考文献
【1】谢自美《电子线路设计.实验.测试（第三版）》武汉：华中科技大学出版社。2000年7月
【2】杨帮文《新型集成器件家用电路》北京：电子工业出版社，2002.8
【3】第二届全国大学生电子设计竞赛组委会。全国大学生电子设计竞赛获奖作品选编。北京：北京理工大学出版社，1997.
【4】李炎清《毕业论文写作与范例》厦门：厦门大学出版社。2006.10
3.3信号幅度数控预置电路
为了实现对输出的正弦模拟信号幅度的数字控制和预置，本系统采用了AD811高速运放、数字电位器衰减、真有效值转换、以及A／D转换等电路，具体电路图如图5所示。
数字电位器X9C102是实现信号幅度数字可调的关键器件。真有效值转换模块AD637主要负责信号的TRMS／DC转换，然后经TLC2453模数转换向单片机输送正比于正弦波信号幅度的数字量，以便单片机输出合适的幅值控制指令。
单片机与AD9850的接口既可采用并行方式，也可采用串行方式。为了充分发挥芯片的高速性能和节约单片机资源，本设计选择并行方式将AT89S52的P0口经74HC373锁存器扩展后接至DDS的并行输入控制端(D0～D7)。AD9850外接120 MHz的有源晶振，产生的正弦信号经低通滤波器(LPF)去掉高频谐波后即可得到波形良好的模拟信号。这样，将D／A转换器的输出信号经低通滤波后，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。再将方波信号加至积分电路，即可得到三角波信号。另外，也可通过键盘编辑任意波形的输出信号。
关键词AD9851，AT89C51,波形，原理图，常用接法函数
ABSTRACT 5
The system AD8951 integrated block as the core device, AT89C51 Manifold for auxiliary control devices, production of a function signal generator to produce low cost. Suitable for students to learn the use of electronic technology measurement. AD9851 is a AD produced a maximum clock of 125 MHz, using advanced CMOS technology, the direct frequency synthesizer, mainly by the programmable DDS systems, high-performance module converter (DAC) and high-speed comparator three parts, to achieve fullDigital program-controlled frequency synthesizer.
信号发生器的主要用途是产生不同频率、不同波形、不同输出电压的电信号装置；在被测电路、被测设备中做信号源；医疗部门做超声波、频谱治疗仪等。信号发生器朝着宽频带覆盖、高频率精度、多功能、多用途自动化和智能化方向发展。
本文将介绍一种基于单片机和DDS技术的信号发生器, 其原理是利用单片机AT98S52作为控制芯片，用于控制键盘、显示和DDS芯片的工作。其中键盘用于设定工作频率参数，显示部分采用16*2的通用点阵字符液晶显示器，DDS芯片采用AD9851。DDS芯片输出正弦波通过放大电路的放大再输出。
Key words AD9851, AT89C51, waveforms, schematics, Common Connection
第一章前言
第二章系统设计方案
一、基于DDS函数信号发生器设计方案
一、基于DDS信号发生器的系统设计方案的提出
二、本系统所采用的方案及其特点主要芯片的选择及其功能
第三章DDS的基本原理
第四章硬件电路设计
一、DDS信号产生电路
一、键盘输入接口及LCD接口电路
三、信号幅度数控预置电路
四、积分电容自动切换控制电路
第五章系统软件设计
一、主程序
二、键盘扫描子程序
三、信号频率数字预置子程序
毕业设计结束语
参考文献
谢 辞
附录一正弦信号发生器VHDL程序36
控制的设计37
附录二 波形选择与
前言
自第一部正弦波发生器问世以来，函数发生器的设计已经发生了多次演进，在当前数字领域中，大多数新型函数发生器正采用一种新技术，称为直接数字合成(DDS)。DDS在大部分操作中使用数字电路，从而提供了数字操作拥有的许多优势。由于信号只在合成的最后阶段转换到模拟域中，所以在多个方面降低了函数发生器的复杂度，提高了函数发生器的稳定性。
构如图1所示。
图1：全数控函数信号发生器
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。【本设计采用该方案】
2 DDS的基本原理
直接数字频率合成器(Derect 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通常由相位累加器、加法器、波形存储ROM、D／A转换器和低通滤波器(LPF)组成。DDS的组成结构如图2所示。
信号发生器的设计与制作
系别：机电系专业：应用电子技术届：07届姓名：张海峰
摘要
本系统以AD8951集成块为核心器件，AT89C51集成块为辅助控制器件，制作一种函数信号发生器，制作成本较低。适合学生学习电子技术测量使用。AD9851是AD公司生产的最高时钟为125 MHz、采用先进的CMOS技术的直接频率合成器，主要由可编程DDS系统、高性能模数变换器（DAC）和高速比较器3部分构成，能实现全数字编程控制的频率合成。
【5】潭博学、苗江静《集成电路原理及应用》北京：电子工业出版社。2003.9
【6】陈梓城《家用电子电路设计与调试》北京：中国电力出版社。2006
谢 辞
历时三个月的毕业设计已经告一段落。经过自己不断的搜索努力以及白老师的耐心指导和热情帮助，本设计已经基本完成。在这段时间里，白老师严谨的治学态度和热忱的工作作风令我十分钦佩，他的指导使我受益非浅。同时本系实验室的开放也为我的设计提供了实习场地。在此对白俞梁瑛老师表示深深的感谢。
3.4积分电容自动切换控制电路
三角波是常用信号之一，本系统采用RC积分电路将方波信号转换成三角波。由于信号频率很宽(低频达1 Hz以下，高频达60 MHz以上)，为了完成不同频段的线性积分，需要不同的积分电容(10pF、100pF、1 nF、10nF、100nF、1 μF、10 μF、100μF)。基于数控和自动切换的需要，本系统采用如图6所示的CD4051八选一电路。
3硬件电路设计
3.1 DDS信号产生电路
考虑到DDS具有频率分辨率较高、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，该方案选用美国A／D公司的AD9850芯片，并采用单片机为核心控制器件来对DDS输送频率控制字，从而使DDS输出相应频率和类型的信号，其DDS信号产生电路如图3所示。
3.2键盘输入接口及LCD接口电路
本系统中的数字输入设置电路采用2×8矩阵键盘。由于LCD具有显示内容多，电路结构简单，占用单片机资源少等优点，本系统采用RT1602C型LCD液晶显示屏来显示信号的类型、频率大小和正弦波的峰一峰值，图4所示是键盘输入及LCD接口电路图。
同样，考虑到AT89S52单片机的IO引脚资源有限，本系统的键盘输入及LCD输出均通过74HC245连接到AT89S52单片机的P0端口，从而实现端口扩展和复用。
二源自文库方案二
利用MAX038芯片设计信号发生器,信号发生器主振采用MAX038型高频精密函数信号发生器专用集成块，可编程恒流源是由键盘、单片机、数字／模拟转换器、电压／电流转换器组成，通过键盘改变振荡器输出频率，单片机、计数器、ＬＥＤ显示等组成精度频率计，显示信号源的输出频率。
三﹑方案三
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AD公司的AD9851芯片，并通过单片机程序控制和处理AD9851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。该函数信号发生器的结
初始化可将系统设定为默认工作状态，然后通过扫描键盘来判断是否有按键按下以确定用户要执行的任务，同时通过判断23H.4、20H.1、20H.0各功能标志位来确定应完成的功能。当23H.4=1时，计算频率值系统工作在频率计方式下；当20H.1=1时，检测峰峰值系统将检测输出信号的峰峰值：而当20H.0=1时．则更新LCD显示内容，当执行完后返回键盘扫描程序并以此循环。各功能标志位均由键盘、峰峰值检测和定时程序等控制，从而实现各种功能。
通过这次毕业设计，使我深刻地认识到学好专业知识的重要性，也理解了理论联系实际的含义，并且检验了大学四年的学习成果。虽然在这次设计中对于知识的运用和衔接还不够熟练。但是我将在以后的工作和学习中继续努力、不断完善。这三个月的设计是对过去所学知识的系统提高和扩充的过程，为今后的发展打下了良好的基础。
由于自身水平有限，设计中一定存在很多不足之处，敬请各位老师批评指正。
图7:主程序流程图
4.2键盘扫描子程序
键盘扫描子程序如图8所示。因按键较多。本系统采用2×8行列式键盘来节约I／O口，并用程序把8根列线全部拉低，再判断2根行线是否有低电平，如果没有，说明没有按键被按下，系统则退出键盘扫描程序，否则，依次拉低列线，然后依次判断行线是否有低电平并判断键号，键号确定后再转到键号相对应的功能程序去执行。键盘主要方便用户设置频率、幅度、选择工作方式等功能。
频率控制字KN位S(n)S(t)
相位控制字P
波形控制字W
图2:DDS的组成结构
其中，K为频率控制字(也叫相位增量)，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的地址来对波形ROM进行寻址，波形ROM输出的D位幅度码S(n)经D／A转换变成阶梯波S(t)后，再经过低通滤波器平滑，就可以得到合成的信号波形。由于合成的信号波形取决于波形ROM中存放的幅度码，因此，用DDS可以合成任意波形。
4.3 信号频率数字预置子程序
信号频率的数字控制程序流程如图9所示。该部分程序主要用于将键盘输入值转换成十六进制数据，然后产生相应的频率控制字并送至DDS芯片，以改变DDS的相位增量，最终输出相应频率信号。
图9：信号频率数字预置子程序流程
结束语
通过严格的实验测试证明，本系统采用DDS完全可以实现输出信号类型的选择设置、信号频率数字预置、信号幅度数字步进可调等功能，是一种输出信号频率覆盖宽(0.023 Hz～40 MHz)、信号源分辨率高、波形失真小、全数控型函数信号发生器。具有一定的实用开发价值。
第二章方案设计
波形发生器的设计方案有好多种,而我们按照不同需要选择不同的方案,下面介绍三种种信号发生器的原理方案:
一﹑方案一
利用DDS芯片与单片机来设计波形发生器，采用AT公司单片机AT98S52作为控制芯片，用于控制键盘、显示和DDS芯片的工作。其中键盘用于设定工作频率参数，显示部分采用16*2的通用点阵字符液晶显示器，DDS芯片采用AD9832 。DDS芯片输出正弦波通过放大电路的放大再输出。
CD4051的八选一控制信号来源于AT89S52的P0～P3接口，74HC373P也是考虑复用P0端口而设置的。AD9850输出的方波经积分电路转换为三角波后，经AD811高速运放可提高其负载能力。
4系统软件设计
4.1 主程序
主程序可控制整个系统，包括控制系统的初始化、显示、运算、键盘扫描、频率控制、幅度控制等子程序，其主程序流程如图7所示。
七、参考文献
【1】谢自美《电子线路设计.实验.测试（第三版）》武汉：华中科技大学出版社。2000年7月
【2】杨帮文《新型集成器件家用电路》北京：电子工业出版社，2002.8
【3】第二届全国大学生电子设计竞赛组委会。全国大学生电子设计竞赛获奖作品选编。北京：北京理工大学出版社，1997.
【4】李炎清《毕业论文写作与范例》厦门：厦门大学出版社。2006.10
3.3信号幅度数控预置电路
为了实现对输出的正弦模拟信号幅度的数字控制和预置，本系统采用了AD811高速运放、数字电位器衰减、真有效值转换、以及A／D转换等电路，具体电路图如图5所示。
数字电位器X9C102是实现信号幅度数字可调的关键器件。真有效值转换模块AD637主要负责信号的TRMS／DC转换，然后经TLC2453模数转换向单片机输送正比于正弦波信号幅度的数字量，以便单片机输出合适的幅值控制指令。
单片机与AD9850的接口既可采用并行方式，也可采用串行方式。为了充分发挥芯片的高速性能和节约单片机资源，本设计选择并行方式将AT89S52的P0口经74HC373锁存器扩展后接至DDS的并行输入控制端(D0～D7)。AD9850外接120 MHz的有源晶振，产生的正弦信号经低通滤波器(LPF)去掉高频谐波后即可得到波形良好的模拟信号。这样，将D／A转换器的输出信号经低通滤波后，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。再将方波信号加至积分电路，即可得到三角波信号。另外，也可通过键盘编辑任意波形的输出信号。
关键词AD9851，AT89C51,波形，原理图，常用接法函数
ABSTRACT 5
The system AD8951 integrated block as the core device, AT89C51 Manifold for auxiliary control devices, production of a function signal generator to produce low cost. Suitable for students to learn the use of electronic technology measurement. AD9851 is a AD produced a maximum clock of 125 MHz, using advanced CMOS technology, the direct frequency synthesizer, mainly by the programmable DDS systems, high-performance module converter (DAC) and high-speed comparator three parts, to achieve fullDigital program-controlled frequency synthesizer.
信号发生器的主要用途是产生不同频率、不同波形、不同输出电压的电信号装置；在被测电路、被测设备中做信号源；医疗部门做超声波、频谱治疗仪等。信号发生器朝着宽频带覆盖、高频率精度、多功能、多用途自动化和智能化方向发展。
本文将介绍一种基于单片机和DDS技术的信号发生器, 其原理是利用单片机AT98S52作为控制芯片，用于控制键盘、显示和DDS芯片的工作。其中键盘用于设定工作频率参数，显示部分采用16*2的通用点阵字符液晶显示器，DDS芯片采用AD9851。DDS芯片输出正弦波通过放大电路的放大再输出。
Key words AD9851, AT89C51, waveforms, schematics, Common Connection
第一章前言
第二章系统设计方案
一、基于DDS函数信号发生器设计方案
一、基于DDS信号发生器的系统设计方案的提出
二、本系统所采用的方案及其特点主要芯片的选择及其功能
第三章DDS的基本原理
第四章硬件电路设计
一、DDS信号产生电路
一、键盘输入接口及LCD接口电路
三、信号幅度数控预置电路
四、积分电容自动切换控制电路
第五章系统软件设计
一、主程序
二、键盘扫描子程序
三、信号频率数字预置子程序
毕业设计结束语
参考文献
谢 辞
附录一正弦信号发生器VHDL程序36
控制的设计37
附录二 波形选择与
前言
自第一部正弦波发生器问世以来，函数发生器的设计已经发生了多次演进，在当前数字领域中，大多数新型函数发生器正采用一种新技术，称为直接数字合成(DDS)。DDS在大部分操作中使用数字电路，从而提供了数字操作拥有的许多优势。由于信号只在合成的最后阶段转换到模拟域中，所以在多个方面降低了函数发生器的复杂度，提高了函数发生器的稳定性。
构如图1所示。
图1：全数控函数信号发生器
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。【本设计采用该方案】
2 DDS的基本原理
直接数字频率合成器(Derect 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通常由相位累加器、加法器、波形存储ROM、D／A转换器和低通滤波器(LPF)组成。DDS的组成结构如图2所示。
信号发生器的设计与制作
系别：机电系专业：应用电子技术届：07届姓名：张海峰
摘要
本系统以AD8951集成块为核心器件，AT89C51集成块为辅助控制器件，制作一种函数信号发生器，制作成本较低。适合学生学习电子技术测量使用。AD9851是AD公司生产的最高时钟为125 MHz、采用先进的CMOS技术的直接频率合成器，主要由可编程DDS系统、高性能模数变换器（DAC）和高速比较器3部分构成，能实现全数字编程控制的频率合成。
【5】潭博学、苗江静《集成电路原理及应用》北京：电子工业出版社。2003.9
【6】陈梓城《家用电子电路设计与调试》北京：中国电力出版社。2006
谢 辞
历时三个月的毕业设计已经告一段落。经过自己不断的搜索努力以及白老师的耐心指导和热情帮助，本设计已经基本完成。在这段时间里，白老师严谨的治学态度和热忱的工作作风令我十分钦佩，他的指导使我受益非浅。同时本系实验室的开放也为我的设计提供了实习场地。在此对白俞梁瑛老师表示深深的感谢。
3.4积分电容自动切换控制电路
三角波是常用信号之一，本系统采用RC积分电路将方波信号转换成三角波。由于信号频率很宽(低频达1 Hz以下，高频达60 MHz以上)，为了完成不同频段的线性积分，需要不同的积分电容(10pF、100pF、1 nF、10nF、100nF、1 μF、10 μF、100μF)。基于数控和自动切换的需要，本系统采用如图6所示的CD4051八选一电路。
3硬件电路设计
3.1 DDS信号产生电路
考虑到DDS具有频率分辨率较高、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，该方案选用美国A／D公司的AD9850芯片，并采用单片机为核心控制器件来对DDS输送频率控制字，从而使DDS输出相应频率和类型的信号，其DDS信号产生电路如图3所示。
3.2键盘输入接口及LCD接口电路
本系统中的数字输入设置电路采用2×8矩阵键盘。由于LCD具有显示内容多，电路结构简单，占用单片机资源少等优点，本系统采用RT1602C型LCD液晶显示屏来显示信号的类型、频率大小和正弦波的峰一峰值，图4所示是键盘输入及LCD接口电路图。
同样，考虑到AT89S52单片机的IO引脚资源有限，本系统的键盘输入及LCD输出均通过74HC245连接到AT89S52单片机的P0端口，从而实现端口扩展和复用。
二源自文库方案二
利用MAX038芯片设计信号发生器,信号发生器主振采用MAX038型高频精密函数信号发生器专用集成块，可编程恒流源是由键盘、单片机、数字／模拟转换器、电压／电流转换器组成，通过键盘改变振荡器输出频率，单片机、计数器、ＬＥＤ显示等组成精度频率计，显示信号源的输出频率。
三﹑方案三
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AD公司的AD9851芯片，并通过单片机程序控制和处理AD9851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。该函数信号发生器的结
初始化可将系统设定为默认工作状态，然后通过扫描键盘来判断是否有按键按下以确定用户要执行的任务，同时通过判断23H.4、20H.1、20H.0各功能标志位来确定应完成的功能。当23H.4=1时，计算频率值系统工作在频率计方式下；当20H.1=1时，检测峰峰值系统将检测输出信号的峰峰值：而当20H.0=1时．则更新LCD显示内容，当执行完后返回键盘扫描程序并以此循环。各功能标志位均由键盘、峰峰值检测和定时程序等控制，从而实现各种功能。
通过这次毕业设计，使我深刻地认识到学好专业知识的重要性，也理解了理论联系实际的含义，并且检验了大学四年的学习成果。虽然在这次设计中对于知识的运用和衔接还不够熟练。但是我将在以后的工作和学习中继续努力、不断完善。这三个月的设计是对过去所学知识的系统提高和扩充的过程，为今后的发展打下了良好的基础。
由于自身水平有限，设计中一定存在很多不足之处，敬请各位老师批评指正。
图7:主程序流程图
4.2键盘扫描子程序
键盘扫描子程序如图8所示。因按键较多。本系统采用2×8行列式键盘来节约I／O口，并用程序把8根列线全部拉低，再判断2根行线是否有低电平，如果没有，说明没有按键被按下，系统则退出键盘扫描程序，否则，依次拉低列线，然后依次判断行线是否有低电平并判断键号，键号确定后再转到键号相对应的功能程序去执行。键盘主要方便用户设置频率、幅度、选择工作方式等功能。
频率控制字KN位S(n)S(t)
相位控制字P
波形控制字W
图2:DDS的组成结构
其中，K为频率控制字(也叫相位增量)，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的地址来对波形ROM进行寻址，波形ROM输出的D位幅度码S(n)经D／A转换变成阶梯波S(t)后，再经过低通滤波器平滑，就可以得到合成的信号波形。由于合成的信号波形取决于波形ROM中存放的幅度码，因此，用DDS可以合成任意波形。