基于DDS信号发生器毕业设计论文Word格式文档下载.docx

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直接数字频率合成器（DDS）；

AD9954

Abstract：

Asdigitalintegratedcircuits,microelectronictechnologyandin-depthstudyofEDAtechnology,itstechnologyisdifferentfromotherDDSfrequencysynthesizertechnologyandthesuperiorperformancecharacteristicsofamodernfrequencysynthesistechnologyleader.Underthetitle,weC8051F020microcontrollerchipandAD9954chipasthecore,supplementedbythenecessarycircuitsimulation,designasignalgenerator,sothatitcanproducesine,squareandtriangularwave.Thesystemmainlybythecontrolmodule,signalmodules,modules,akeyboardinputmodule.Justtoachieveasingle-chipAD9954DirectDigitalSynthesis（DDS）,resultinginsteadyincreasesinewave.Thesinewaveoutputcircuitcomparisontotheoutputofsquare,triangleandsquarewaveisonthebasisoftheaccesspointsthroughthecircuittoachieve.SCMinternalcontrolregisters,theAD9954canproduceaspectrumofpure,programmablefrequencyandphasecontrolandstabilityaregoodsimulationwaveforms,thewholesystemcompact,simplecircuit,powerful,scalableandstrong.Thekeyboardinput,aLCDdisplayinteractiveinterface,theoutputsignalofthecontrol.

Keywords:

signalgenerator;

C8051F020;

DirectDigitalSynthesis（DDS）;

AD9954

绪　　论

直接数字频率合成技术（directdigitalsynthesizer，DDS）是在20世纪7O年代提出的，利用数字可控振荡器技术，直接以数字信号控制产生高精度频率信号，频率分辨率可达LHz，与传统的直接频率合成（Ds）、锁相环间接频率合成（PLL），FNPLL合成和PSG单环路合成相比，具有频率切换时间极短、频率分辨率高、相位连续，相噪低，结构简单、体积小、成本低等优势。

鉴于DDS技术有如此优越的条件，现在大多数设备、系统都采用了这种技术。

当然，作为通信系统中必不可少的信号发生器也越来越多地容纳了该技术，本文将要介绍的是基于ADI公司生产的DDS芯片AD9954的信号发生器的设计方案。

AD9954是采用先进的DDS技术开发的高集成度DDS器件。

其主要特性如下：

内置400MSPS时钟；

内含l4位DAC；

相位、幅度可编程；

有32位频率转换字；

可用串行I／0控制；

内置超高速模拟比较器；

可自动线性和非线性扫频；

内部集成有1024×

32位RAM；

采用1．8V电源供电；

可4～20倍频；

支持大多数数字输入中的5V输入电平。

控制芯片选择C8051F020，通过对AD9954编程实现正弦波，该输出的正弦波能达到MHZ以上，输出是波形失真率极低。

用LCD和键盘作为良好的人机界面，用键盘输入要显示的频率，LCD显示频率的大小。

将输出的正弦波经比较器电路来实现方波的输出，经实验发现输出的方波能达到100KHZ以上且输出的波形失真率小，波形纯真。

输出的方波再经过积分电路便得到三角波，经实验观察可以看到，输出的波形正常，能达到KHZ以上，输出的波形失真率低。

1系统设计

1.1方案论证

1.1.1信号模块

方案一：

采用专用信号发生器。

MAX038是美信公司的低失真单片信号发生器集成电路，内部电路完善。

使用该芯片，设计简单，可以生成同一频率信号的各种波形信号，但频率精确度和稳定度都难以达到要求。

方案二：

采用传统的直接频率合成法直接合成。

利用混频器、倍频器、分频器和带通滤波器完成对频率的算术运算。

由于采用大量的倍频、分频、混频和滤波环节，导致直接频率合成器的结构复杂，体积庞大，成本高，而且容易产生过多的杂散分量，难以达到较高的频谱纯度。

方案三：

采用锁相环间接频率合成（PPL）。

虽然具有工作频率高、宽带、频谱质量好的优点，但由于锁相环本身是一个惰性环节，锁定时间较长，故频率转换时间较长。

另外，由模拟方法合成的正弦波的参数（如幅度、频率和相位等）都很难控制，不易实现。

方案四：

采用直接数字合成（DirectDigitalFrequencySynthesizer,简称DDS或DDFS）。

用随机读/写存储器RAM存储所需波形的量化数据，按照不同频率要求，以频率控制字K为步进对相位增量进行累加，以累加相位值作为地址码读取存在存储器内的波形数据，经D/A转换和幅度控制，再滤波即可得所需波形。

由于DDS具有相对带宽很宽，频率转换时间极短（可小于20微妙），频率分辨率高，全数字化结构便于集成以及输出相位连续，频率、相位和幅度均可实现程控，因此，可以完全满足本题目的要求。

DDS的原理框图如图1所示：

图1DDS原理框图

DDS技术频率分辨率高、转换速度快、信号纯度高、相位可控、输出信号无电流脉冲叠加、输出可平稳过渡且相位可保持连续变化。

方案论证：

从题目要求来看，上述三种方案都可以满足题目合成频率范围的要求，但信号发生器产生的频率稳定度、精确度都不如DDS合成的频率；

另一方面，DDS比信号发生器更容易精确控制，所以我们选择DDS方案进行频率合成。

1.1.2控制模块

采用89C51芯片单片机，现在市场很多成品都在用它，但89C51最大的缺陷在于不支持ISP（在线更新程序）功能，。

对于短短几天的比赛时间，用编程器对它进行烧写程序，是非常浪费时间和精力的，如果将来要对产品进行升级的话也是非常困难的。

因此不考虑用80C51作控制模块的主芯片。

采用89C2051开发制造产品,因为2051看起来体积比较小,功能也较全面.但是2051不是标准的51内核，所以89C2051的程序不能直接移植到51上。

由于2051是精简型，所以P口变得很少，这样一来可利用资源比较紧张，只能做一些简单的产品。

因此，对于本设计来说是不想适应的。

采用SST系列单片机，SST单片机是在AT89C系列单片机的基础上改进而成的，提高了工作频率，可采用串口进行在线编程调试，增加了内存的容量和PAC可编程计数器等功能。

从基本功能的改进上与89S52系列基本上相同。

并且这种单片机的价格高于其它同类产品，并且很多的功能用不上，故不考虑用这个方案。

C8051F020是Cygnal出的一种混合信号系统级单片机（片上系统SOC），片内含CIP－51的CPU内核，它的指令系统与MCS－51完全兼容；

其中的C8051F020单片机含有64kB片内Flash程序存储器、4352B（256B+4KB）的RAM；

8个I／O端口共64根I／O口线；

一个12位A／D转换器和一个8位A／D转换器以及一个双12位D／A转换器；

2个比较器、5个16位通用定时器、5个捕捉／比较模块的可编程计数／定时器阵列、看门狗定时器、VDD监视器和温度传感器等部分；

C8051F020单片机支持双时钟，其工作电压范围为2.7～3.6V（端口I/O,RST和JTAG引脚的耐压为5V）。

综合上述,根据我们题目的要求，用低端产品，如89C51，不能很好的达到题目指标；

用高端产品，如SST系列，它有很多的功能用不上和“内存”太大，等于大材小用，并且成本增加。

与以前的51系列单片机相比，C8051F020增添了许多功能，同时其可靠性和速度也有了很大提高，且C8051F020的种种特点和所能达到的指标，对我们这个题目非常合适，因此最终采用C8051F020作为主控制芯片我们自制了单片机最小系统。

1.1.3显示模块

采用LED数码管显示。

虽然功率低，控制简单，但却只能显示数字和一些简单的字符，没有较好的人机界面。

采用LCD液晶显示，可以显示所有字符及自定义字符，并能同时显示多组数据汉字，字符清晰。

由于自身具有控制器，不但可以减轻主单片机的负担，而且可以实现菜单驱动方式的显示结果，实现编辑模块全屏幕编辑的功能，达到友好的人机界面。

用LCD显示，能解决LED只能显示数字等几个简单字符的缺点，接口电路简单，性能好，效果多，控制方便，显示的方式多。

比较上述两种方案，采用方案二。

1.1.4键盘输入模块

采用传统的独立式按键。

这种方式占用系统的资源较多，而且效率低，程序的编写量大而复杂。

为了提高单片机的资源利用率，按键部分使用矩阵（4×

4）键盘。

这种方法在开关数量多的情况下可以节省很多的接口，并且提高系统接口的利用率。

故：

确定选择采用方案二。

1.1.5系统各模块的最终方案

经过仔细的分析与论证，决定系统各模块的最终方案如下：

信号模块：

采用AD9954；

控制模块：

采用C8051F020控制；

显示模块：

采用LCD显示；

键盘输入模块：

采用矩阵（4×

4）键盘；

单片机C8051F020用于控制系统中LCD显示、键盘的输入的确认及控制信号的输出。

系统基本框图如图2：

图2系统基本框图

1．2理论分析与计算

1.2.1频率精度计算

采用美国AD公司先进的DDS直接数字频率合成技术生产的高集成度产品AD9954芯片。

AD9954内部时钟最大为400MSPS，内置14位高速高精度DAC，1.8V低功耗工作，自带频率设置，幅度设置，相位设置，PSK，FSK，扫频等功能，并有1024×

4字节的RAM。

其频率字为32位，故频率绝对精度为HZ（系统时钟为400M），当频率高于1KHZ时，相对精度为。

1.2.2DDS的理论分析

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