基于单片机的扫频信号
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在直接频率合成之后出现了间接频率合成(IndirectFrequencySynthesis)。间接频率合成包括模拟间接频率合成(注入锁相、模拟环路锁相、取样锁相)，锁相环频率合成，数字锁相频率合成。这种方法主要是将相位反馈理论和锁相技术运用于频率合成领域，它的主要代表是锁相环PLL(Phase-LockedLoop)频率合成，被称为第二代频率合成技术。现在最常用的结构是数模混合的锁相环，即数字鉴相器、分频器、模拟环路滤波和压控振荡器的组成方式.如图1-1所示，
图1-1直接式锁相环频率合成器原理图
当环路锁定后，可变分频器的输出频率 ( 是参考分频器频率)，而 ( 是输出频率)，所以 ，由此可看出，通过频率选择开关改变分频比N，VCO的输出频率将控制在不同的频道上，因此要想得到多的频率且频率间隔小，只有减小 ，增大N。它的优点是因为 小，即鉴相频率低，锁定时的频率变化小，所以具有良好的窄带跟踪滤波特性和抑制干扰能力，大量节省了滤波器。但是缺点是正因为 小，输出频率范围小，要扩大输出频率范围，必须增大 和N,频率间隔就会变大，频率转换速度慢，频率分辨率低。
1.3
频率合成技术起源于二十世纪30年代，至今己有七十多年的历史。频率合成方法大致可分为直接合成法和间接合成法[5]。早期的频率合成方法是直接频率合成(directfrequencysynthesis)。直接频率合成是利用混频、倍频、分频的方法由参考源频率经加、减、乘、除运算直接组合出所需要的频率合成方法。它的优点是频率捷变速度快，相位噪声低，但直接式频率合成器杂散多，体积大，结构复杂，成本及功耗也大，故该方案已基本被淘汰。
KeywordsSignal generator;DDS;AD conversion circuit
第wenku.baidu.com章
1.1 课题背景
信号发生器是一种最悠久的测量仪器，早在20年代电子设备刚出现时它就产生了。随着通信和雷达技术的发展，40年代出现了主要用于测试各种接收机的标准信号发生器，使信号发生器从定性分析的测试仪器发展成定量分析的测量仪器。同时还出现了可用来测量脉冲电路或用作脉冲调制器的脉冲信号发生器。由于早期的信号发生器机械结构比较复杂，功率比较大，电路比较简单，因此发展速度比较慢。直到1964年才出现第一台全晶体管的信号发生器。自60年代以来信号发生器有了迅速的发展，出现了函数发生器，这个时期的信号发生器多采用模拟电子技术，由分立元件或模拟集成电路构成，其电路结构复杂，且仅能产生正弦波、方波、锯齿波和三角波等几种简单波形，由于模拟电路的漂移较大，使其输出的波形的幅度稳定性差，而且模拟器件构成的电路存在着尺寸大、价格贵、功耗大等缺点，并且要产生较为复杂的信号波形则电路结构非常复杂。但在70年代以前，信号发生器全部属于模拟方式[1]，借助电阻电容、电感电容、谐振腔、同轴线作为振荡回路产生正弦或其它函数波形。频率的变动由机械驱动可变元件，如电容器或谐振腔来完成，往往调节范围受到限制，因而划分为音频、高频、超高频、射频和微波等信号发生器。那时的信号发生器主要有两大类：正弦波和脉冲波发生器。正弦波发生器只提供正弦波信号。工作频率即为输出频率且频率范围有限，一般从几Hz至约1MHz。脉冲发生器可产生高质量的方波和脉冲波，频率高至1GHz。介于两者之间的还有函数信号发生器，它能产生方波、三角波、锯齿波、斜波、正弦波等多种波形，它所产生的几种特殊波形是通过更为复杂的模拟电路来实现的。
国外数字信号发生器的研制及生产技术已较为成熟，而且数字信号发生器结构形式[3]较多，已有多种产品投放市场，目前我国已开始研制数字信号发生器，并取得了可喜的成果。但总的来说，我国数字信号发生器[4]还没有形成真正的产业，就目前国内的成熟产品来看，种类比较少，并且我国目前在数字信号发生器的种类和性能都与国外同类产品存在较大的差距，因此加紧对这类产品的研制显得迫在眉睫。
早期的信号发生器主要是基于模拟电路来实现的，而数字信号发生器是以数字电路和计算机技术为基础的产品，这使它成为测试系统通用的高性能、多功能的信号发生器，因而有着广泛的发展前景。
1.2 国内外发展现状
在自动化系统、通信系统、电子对抗以及各种电子测量技术中，常需要一个高精度、频率可变的信号源。传统模拟扫频信号已经不能满足这样的要求，这就促进了对数字扫频信号发生器的研究。
80年代以后，数字技术日益成熟，信号发生器绝大部分不再使用机械驱动而采用数字电路，从一个频率基准由数字合成电路产生可变频率信号。模拟直接合成法充分利用乘法器、除法器、混频器、滤波器和快速开关，构成合成信号发生器。而数字合成法又比模拟合成法更佳，间接数字合成法[2]采用数字电路代替模拟合成法的锁相环，减小多次倍乘和滤波所需的设置时间，使频率设置时间降低到几微秒。更先进的数字合成法是直接数字合成(DDS)，它完全摆脱间接数字合成的乘法/除法电路，直接在基准时钟的准确相位控制下获得合成频率输出。近几年，数字信号发生器陆续出现在市场上，其数字合成技术使信号发生器变为非常轻便、覆盖频率范围宽、输出动态范围大、容易编程、适用性强和使用方便的激励源。其可视为函数发生器的代换产品。数字信号发生器的功能比函数发生器要强大得多。在前面讨论的难以产生或不能产生的波形，都可以使用数字信号发生器来实现。在实际的测试与实验中，还可以利用此发生器来模拟更为复杂的信号，甚至信号中的缺陷(如方波中的过冲和数字信号中的尖脉冲)都可以通过控制来减少。只要信号波形可以用数字形式存储，并送入波形数据存储器中，数字信号发生器就可以把它模拟出来。
从八十年代以来各国都在研制和发展各自的DDS产品，如美QUALCOMM公司的Q2334,STANFORD公司的STEL-1180,AD公司的AD9854，美国Fluke公司的F-6060B等。
随着通信、电子及微电子技术的快速发展，对各种高性能的测试仪器和信号发生器的需求越来越多，我国数字信号发生器发展也较快，并广泛应用在通信、雷达、无线电导航、影视音响等电测仪器领域。女口北京科奇公司的KH1460输出频率5KHz-50KHz，最小分辨率达0.1Hz，南京新联电子的EE1411C输出频率为lOMHz-15MHz，上海爱仪的AS1051S频率输出范围0.1-150MHz，具有信号失真小，输出稳幅，轻巧美观的特点。国内还有很多厂家生产数字频率合成器，但与国外的同类型产品相比较，技术指标上还有很大的差距。国外的数字频率合成器技术己经达到十分先进的水平，许多著名电子公司己研制出品质优越的数字信号合成器。
This article designsadigital frequency sweep signal generatorbased on MCU.First this articleintroduceshistory of the development of signal generator and the development of the situation at home and abroad,thendesignsoverall system plan,finallydesigns the sweep signal generator based on89c51 mainly.Circuitis composed byfrequency synthesizer circuit,Rectifier filter circuit，AD conversion circuit，Keyboard control,and the frequency synthesis electric circuit uses the direct digital frequency synthesis chip (AD9851).This articlealsoclarifiedthe theory of adopting DDS to generate the swept signal source, and described theaccess method，hardwareinterface andrelativesoftware design of89c51 MCU and DDS chip strongly.Comparingwiththe simulation frequency sweep signal generator,it has the frequency stability, signal accuracy, the advantages of anti-interference ability.
数字扫频信号发生器频率覆盖宽、频率精度高、功能多、用途广，所以世界各国不断加大数字扫频信号发生器的研究。而作为最新的频率合成技术DDS，已经成为扫频信号发生器的最新研究的核心技术，由DDS技术产生的扫频信号发生器不仅频率稳定、信号精度高、抗干扰能力强，而且由于它是在计算机控制下直接实现的，因而易于实现智能化处理。无论是实用电路还是测量仪器，凡是需要产生扫频信号的地方，原则上都可以使用DDS技术。在频率迅速变化的场合，DDS中寄存器更新的速度有时会成为关键指标，这时必须使用高速电路和高速串行口，由合理的硬件设计和软件流程来实现预期设计目。
现在锁相环频率合成器仍以其相位噪声低、杂散抑制好、输出频率高、价格便宜等优点在频率合成领域占有重要地位。目前已有许多性能优良的单片PLL频率合成器面世，典型的有Motorola公司的MC145191,Qualcomm公司的Q3236,NationalSemiconductor的LMX2325,LMX2326,LMX2330。这极大地推动了PLL频率合成方式的应用。
关键词信号发生器；DDS；A/D转换电路
Abstract
In automation systems,communications systems, as well as a variety of electronic measurement technology,often need a high-precision, variable frequency signal source.The traditional analogsweepsignal generator has been unable to meetsuch a request, which promotesthedevelopmentof the digitalsweepsignal generator.
本科毕业设计(论文)
基于单片机的扫频信号
发生器
摘要
在自动化系统、通信系统、以及各种电子测量技术中，常需要一个高精度、频率可变的信号源。传统模拟扫频信号发生器已经不能满足这样的要求，这就促进了数字扫频信号发生器的发展。
本文是一篇基于单片机的数字扫频信号发生器的设计。论文首先对信号发生器的发展史和国内外发展状况进行了介绍，然后对总体系统方案进行设计，最后重点进行了基于89c51的扫频信号发生器的设计。电路由频率合成电路、整流滤波电路、ＡＤ转换电路、键盘控制、数码管显示几个模块组成，频率合成电路采用直接数字频率合成芯片(AD9851)。本文还阐明了采用直接数字频率合成器产生扫频信号的原理，具体描述了89c51单片机与DDS芯片的访问方式、硬件接口及相应的软件设计设计方法。与模拟扫频信号发生器相比，它具有频率稳定、信号精度高、抗干扰能力强等优点。
随着数字信号理论和超大规模集成电路VLSI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(DirectDigitalFrequencySynthesis)，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:利用数字方式累加相位，再以相位之和作为地址来查询正弦函数表得到正弦波幅度的离散数字序列，最后经D/A变换得到模拟正弦波输出。DDS由于具有极高的频率分辨率，极快的变频速度，变频时相位连续，相位噪声较低，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应用。
图1-1直接式锁相环频率合成器原理图
当环路锁定后，可变分频器的输出频率 ( 是参考分频器频率)，而 ( 是输出频率)，所以 ，由此可看出，通过频率选择开关改变分频比N，VCO的输出频率将控制在不同的频道上，因此要想得到多的频率且频率间隔小，只有减小 ，增大N。它的优点是因为 小，即鉴相频率低，锁定时的频率变化小，所以具有良好的窄带跟踪滤波特性和抑制干扰能力，大量节省了滤波器。但是缺点是正因为 小，输出频率范围小，要扩大输出频率范围，必须增大 和N,频率间隔就会变大，频率转换速度慢，频率分辨率低。
1.3
频率合成技术起源于二十世纪30年代，至今己有七十多年的历史。频率合成方法大致可分为直接合成法和间接合成法[5]。早期的频率合成方法是直接频率合成(directfrequencysynthesis)。直接频率合成是利用混频、倍频、分频的方法由参考源频率经加、减、乘、除运算直接组合出所需要的频率合成方法。它的优点是频率捷变速度快，相位噪声低，但直接式频率合成器杂散多，体积大，结构复杂，成本及功耗也大，故该方案已基本被淘汰。
KeywordsSignal generator;DDS;AD conversion circuit
第wenku.baidu.com章
1.1 课题背景
信号发生器是一种最悠久的测量仪器，早在20年代电子设备刚出现时它就产生了。随着通信和雷达技术的发展，40年代出现了主要用于测试各种接收机的标准信号发生器，使信号发生器从定性分析的测试仪器发展成定量分析的测量仪器。同时还出现了可用来测量脉冲电路或用作脉冲调制器的脉冲信号发生器。由于早期的信号发生器机械结构比较复杂，功率比较大，电路比较简单，因此发展速度比较慢。直到1964年才出现第一台全晶体管的信号发生器。自60年代以来信号发生器有了迅速的发展，出现了函数发生器，这个时期的信号发生器多采用模拟电子技术，由分立元件或模拟集成电路构成，其电路结构复杂，且仅能产生正弦波、方波、锯齿波和三角波等几种简单波形，由于模拟电路的漂移较大，使其输出的波形的幅度稳定性差，而且模拟器件构成的电路存在着尺寸大、价格贵、功耗大等缺点，并且要产生较为复杂的信号波形则电路结构非常复杂。但在70年代以前，信号发生器全部属于模拟方式[1]，借助电阻电容、电感电容、谐振腔、同轴线作为振荡回路产生正弦或其它函数波形。频率的变动由机械驱动可变元件，如电容器或谐振腔来完成，往往调节范围受到限制，因而划分为音频、高频、超高频、射频和微波等信号发生器。那时的信号发生器主要有两大类：正弦波和脉冲波发生器。正弦波发生器只提供正弦波信号。工作频率即为输出频率且频率范围有限，一般从几Hz至约1MHz。脉冲发生器可产生高质量的方波和脉冲波，频率高至1GHz。介于两者之间的还有函数信号发生器，它能产生方波、三角波、锯齿波、斜波、正弦波等多种波形，它所产生的几种特殊波形是通过更为复杂的模拟电路来实现的。
国外数字信号发生器的研制及生产技术已较为成熟，而且数字信号发生器结构形式[3]较多，已有多种产品投放市场，目前我国已开始研制数字信号发生器，并取得了可喜的成果。但总的来说，我国数字信号发生器[4]还没有形成真正的产业，就目前国内的成熟产品来看，种类比较少，并且我国目前在数字信号发生器的种类和性能都与国外同类产品存在较大的差距，因此加紧对这类产品的研制显得迫在眉睫。
早期的信号发生器主要是基于模拟电路来实现的，而数字信号发生器是以数字电路和计算机技术为基础的产品，这使它成为测试系统通用的高性能、多功能的信号发生器，因而有着广泛的发展前景。
1.2 国内外发展现状
在自动化系统、通信系统、电子对抗以及各种电子测量技术中，常需要一个高精度、频率可变的信号源。传统模拟扫频信号已经不能满足这样的要求，这就促进了对数字扫频信号发生器的研究。
80年代以后，数字技术日益成熟，信号发生器绝大部分不再使用机械驱动而采用数字电路，从一个频率基准由数字合成电路产生可变频率信号。模拟直接合成法充分利用乘法器、除法器、混频器、滤波器和快速开关，构成合成信号发生器。而数字合成法又比模拟合成法更佳，间接数字合成法[2]采用数字电路代替模拟合成法的锁相环，减小多次倍乘和滤波所需的设置时间，使频率设置时间降低到几微秒。更先进的数字合成法是直接数字合成(DDS)，它完全摆脱间接数字合成的乘法/除法电路，直接在基准时钟的准确相位控制下获得合成频率输出。近几年，数字信号发生器陆续出现在市场上，其数字合成技术使信号发生器变为非常轻便、覆盖频率范围宽、输出动态范围大、容易编程、适用性强和使用方便的激励源。其可视为函数发生器的代换产品。数字信号发生器的功能比函数发生器要强大得多。在前面讨论的难以产生或不能产生的波形，都可以使用数字信号发生器来实现。在实际的测试与实验中，还可以利用此发生器来模拟更为复杂的信号，甚至信号中的缺陷(如方波中的过冲和数字信号中的尖脉冲)都可以通过控制来减少。只要信号波形可以用数字形式存储，并送入波形数据存储器中，数字信号发生器就可以把它模拟出来。
从八十年代以来各国都在研制和发展各自的DDS产品，如美QUALCOMM公司的Q2334,STANFORD公司的STEL-1180,AD公司的AD9854，美国Fluke公司的F-6060B等。
随着通信、电子及微电子技术的快速发展，对各种高性能的测试仪器和信号发生器的需求越来越多，我国数字信号发生器发展也较快，并广泛应用在通信、雷达、无线电导航、影视音响等电测仪器领域。女口北京科奇公司的KH1460输出频率5KHz-50KHz，最小分辨率达0.1Hz，南京新联电子的EE1411C输出频率为lOMHz-15MHz，上海爱仪的AS1051S频率输出范围0.1-150MHz，具有信号失真小，输出稳幅，轻巧美观的特点。国内还有很多厂家生产数字频率合成器，但与国外的同类型产品相比较，技术指标上还有很大的差距。国外的数字频率合成器技术己经达到十分先进的水平，许多著名电子公司己研制出品质优越的数字信号合成器。
This article designsadigital frequency sweep signal generatorbased on MCU.First this articleintroduceshistory of the development of signal generator and the development of the situation at home and abroad,thendesignsoverall system plan,finallydesigns the sweep signal generator based on89c51 mainly.Circuitis composed byfrequency synthesizer circuit,Rectifier filter circuit，AD conversion circuit，Keyboard control,and the frequency synthesis electric circuit uses the direct digital frequency synthesis chip (AD9851).This articlealsoclarifiedthe theory of adopting DDS to generate the swept signal source, and described theaccess method，hardwareinterface andrelativesoftware design of89c51 MCU and DDS chip strongly.Comparingwiththe simulation frequency sweep signal generator,it has the frequency stability, signal accuracy, the advantages of anti-interference ability.
数字扫频信号发生器频率覆盖宽、频率精度高、功能多、用途广，所以世界各国不断加大数字扫频信号发生器的研究。而作为最新的频率合成技术DDS，已经成为扫频信号发生器的最新研究的核心技术，由DDS技术产生的扫频信号发生器不仅频率稳定、信号精度高、抗干扰能力强，而且由于它是在计算机控制下直接实现的，因而易于实现智能化处理。无论是实用电路还是测量仪器，凡是需要产生扫频信号的地方，原则上都可以使用DDS技术。在频率迅速变化的场合，DDS中寄存器更新的速度有时会成为关键指标，这时必须使用高速电路和高速串行口，由合理的硬件设计和软件流程来实现预期设计目。
现在锁相环频率合成器仍以其相位噪声低、杂散抑制好、输出频率高、价格便宜等优点在频率合成领域占有重要地位。目前已有许多性能优良的单片PLL频率合成器面世，典型的有Motorola公司的MC145191,Qualcomm公司的Q3236,NationalSemiconductor的LMX2325,LMX2326,LMX2330。这极大地推动了PLL频率合成方式的应用。
关键词信号发生器；DDS；A/D转换电路
Abstract
In automation systems,communications systems, as well as a variety of electronic measurement technology,often need a high-precision, variable frequency signal source.The traditional analogsweepsignal generator has been unable to meetsuch a request, which promotesthedevelopmentof the digitalsweepsignal generator.
本科毕业设计(论文)
基于单片机的扫频信号
发生器
摘要
在自动化系统、通信系统、以及各种电子测量技术中，常需要一个高精度、频率可变的信号源。传统模拟扫频信号发生器已经不能满足这样的要求，这就促进了数字扫频信号发生器的发展。
本文是一篇基于单片机的数字扫频信号发生器的设计。论文首先对信号发生器的发展史和国内外发展状况进行了介绍，然后对总体系统方案进行设计，最后重点进行了基于89c51的扫频信号发生器的设计。电路由频率合成电路、整流滤波电路、ＡＤ转换电路、键盘控制、数码管显示几个模块组成，频率合成电路采用直接数字频率合成芯片(AD9851)。本文还阐明了采用直接数字频率合成器产生扫频信号的原理，具体描述了89c51单片机与DDS芯片的访问方式、硬件接口及相应的软件设计设计方法。与模拟扫频信号发生器相比，它具有频率稳定、信号精度高、抗干扰能力强等优点。
随着数字信号理论和超大规模集成电路VLSI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(DirectDigitalFrequencySynthesis)，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:利用数字方式累加相位，再以相位之和作为地址来查询正弦函数表得到正弦波幅度的离散数字序列，最后经D/A变换得到模拟正弦波输出。DDS由于具有极高的频率分辨率，极快的变频速度，变频时相位连续，相位噪声较低，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应用。