基于DDS的信号发生器 毕业设计(论文)

摘要

本文论述了直接数字频率合成技术(DDS)的信号发生器的设计与实现。本设计以DDS芯片AD9850为频率合成器，以AVR单片机ATmega16为进程控制和任务调度核心，用AD603实现增益控制（AGC）和功率放大，串行数模转换器(D/A)MAX531实现方波占空比调节，并用LCD12864液晶显示及键盘构成幅度、频率、方波占空比均可调的函数信号发生器。

在对AD9850频率控制字及参数的计算、增益控制、方波占空比调节、两相正弦波相位差调节、LCD显示原理、底层驱动程序等简要讨论的基础上进行了研究，提出了该设计中所涉及到的问题以及解决方案，该信号发生器输出正弦波信号频率范围为1Hz~12MHz，方波信号频率范围为500Hz~500KHz；步进1Hz，10Hz，100Hz，lkHz，10kHz,100kHz，1MHz可键盘选取；正弦波的电压峰峰值可以在1~5V范围内步进调节，幅度调节精度达0.1V；方波占空比从10％～90％可任意设定；此外，该信号发生器能同时产生两相正弦波，相位差可以是0°，45°，90°。测试表明，该DDS信号发生器具有工作稳定、精度高、失真度小、频率范围大、步进选择多、控制灵活的优点，具有广泛的实际应用前景。

关键词：DDS芯片AD9850 AVR单片机幅度调节占空比调节

Abstract

This article elaborated the signal generating device design and the realization of the Direct Digital Frequency Synthesis Technology (short for DDS). The design regards DDS chip AD9850 as frequency synthesizer, with A VR Microcontroller (MCU) ATmega16 for the processing control and task scheduling, and with AD603 to realize the gain control and power amplification (AGC), and with serial DAC (D/A) MAX531 to come to square-wave duty cycle regulation, then using LCD12864 liquid crystal display and keyboard to composite the function signal generation with adjusted amplitude, frequency, duty cycle wave.

I would like to propose the involving issues and resolving proposals on the basis of simply researching of words and parameters counted with AD9850 control, gain control and duty cycle wave regulation, two phase sine wave phase difference adjustment, LCD displaying principle, low-level drivers. The sine wave signal rate outputting from signal generator is 1 Hz~2 MHz: square signal rate is 500Hz~500KHz; the step-by-step can be choose from keyboard by 1Hz, 10Hz, 100Hz, 1kHz, 10kHz, 100kHz, 1MHz; sine wave voltage peak can be adjusted ranging from 1 to 5V by step, amplitude modulation reaches 0.1V; duty cycle wave can be enacted arbitrarily; besides, the signal generator can create two sine wave at the same time, and the difference can be 0°,45°,90°. It shows that DDS signal generator gets the virtues of stable working, high accuracy, small distortion, large frequency range, multi-step selection, flexible control, owning a wide prospect of practical application.

Key words:DDS chip AD9850A VR MCU amplitude regulation duty cycle wave

第一章绪论

直接数字频率合成器（Direct Digital Frequency Synthesis简称DDS或DDFS）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姣姣者。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。

1.1 DDS技术概述

直接数字频率合成技术的出现改变了以往的采用RC振荡电路、直接频率合成、锁相环等传统的频率合成方法，它以固定的精确时钟源为基准，利用数字处理模块产生频率和相位均可调的输出信号。实质上它是按照可编程频率控制字所设定的比例因数，在DDS体系结构中对参考时钟源进行分频，得到所需频率的信号。典型的频率控制字一般为24-48位长，用来提供更优越的频率分辨率，实现DDS技术。使用DDS技术得到的合成信号不仅信号的频率切换速度快，便于程控。

随着科学技术的发展和测量技术的进步，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，普通的信号发生器已无法满足目前日益发展的电子技术领域的生产调试需要。直接数字频率合成（DDS）是近年来发展迅猛的一种新的频率合成技术。使用DDS 可以很方便的产生多种简单信号和调制信号，结合单片机可以构成性价比较高的数字合成信号源。相对于传统信号源具有频率分辨率高、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、稳定度高、功耗小、精度高、可扩展性好等优点。基于DDS 技术的信号发生器是一类新型信号源,数字合成信号源目前已经成为信号源主流，在各个领域具有广泛的应用前景。本文在介绍DDS 原理的基础上，重点介绍利用DDS 技术采用AVR单片机ATmega16控制AD9850芯片实现多功能信号发生器的设计。