自动化毕业论文-范本=基于ad9851的dds信号源发生器

自动化毕业论文-范本=基于ad9851的dds信号源发生器内容摘要：

仪器面板上按键输入命令数据将显示在字符型 LCD 上并将命令 传输到单片机再由单片机控制 DDS 芯片输出信号并通过后级信号调理电路最后输出所需的信号因为是可调控制调节按钮不仅可以输出不同的波形而且能增加和减小输出波形的频率 第 3 章 系统的硬件设计 因为本课题的功能电路与相关部件较多为了便于研制期间的调试与最终 成品的产业化所以系统的最后实现采用了模块化的思想即先把各个相关的电路与部件做成相互独立的分离模块而系统的功能则是通过各模块间的级联来完成的 下面将分别叙述各功能模块及其中所用到的器件电路以及在系统设计调试过程中应该注意的问题 31 稳压电源的设计 单片机的 5v 电源的获得可通过直流电或者交流电获得通过直流电获得可直接用电脑 USB 接口干电池及 DCDC 的方式获得而本系统通过 7805 稳压电路将 12V电压转换成 5V直流电压输出电压稳定其最大输出电流可为 1A能带动一定的负载 三端稳压集成电路 7805 电子产品中常见的三端稳压集成电路有正电压输出的 78 系列和负电压输出的 79系列三端 IC是指这种稳压用的集成电路只有三条引脚输出分别是输入端 接地端和输出端 用三端稳压 IC 来组成稳压电源所需的外围元件极少电路内部还有过流过热及调整管的保护电路使用起来可靠方便而且价格便宜 31 7805 引脚图 32 7805 电路图 系统电源电路设计 12V的直流电源经过滤波电路 7805稳压电路后输出 5v直流电源工作原理如图 33 图 33 5v 电源工作原理图 在实际电路中 12V 的直流电源需要在这里接一个 100uF 的电解电容 变压器输出端的 12V 电压经电容滤波在电容 C1两端大约会有 11V 多一点 的电压假如从电容两端直接接一个负载当负载变化或交流电源有少许波动都会使 C1 两端的电压发生较大幅度的变化因此要得到一个比较稳定的电压还需在这里接一个三端稳压模块 7805 由于 7805 的输出端不能高于输入端所以用二极管加以保护 三端稳压器前后面各接一个 104电容 C1和 C3有滤波和阻尼的作用 同时利用 R1和发光二极管作为电源状态指示灯以便实时了解电源是否正常工作系统电源电路如图 34所示 图 34 电源电路 32 DDS 芯片的选择及与单片机之间的通信 信号的产生与控制部分电路由 DDS片 AD9851与单片机 AT89S52组成 用户通过键盘输入的信号要求被 AT89S52 接收并经其处理后将计算出的控制字传送给AD9851 由 AD9851 产生频率幅度可控的信号下面以 AD9851 芯片为中心加以讨论 DDS 芯片选择及引脚图 本系统采用了美国模拟器件公司生产的高集成度产品 AD9851 芯片 AD9851 是在 AD9850 的基础上做了一些改进以后生成的具有新功能的 DDS 芯片AD9851 相对于 AD9850 的内部结构只是多了一个 6 倍参考时钟倍乘器当系统时钟为 180MHz 时在参考时钟输入端只需输入 30MHz 的参考时钟即可 AD9851 是由数据输入寄存器频率相位寄存器具有 6 倍参考时钟倍乘器的 DDS 芯片 10位的模数转换器内部高速比较器这几个部分组成其中具有 6 倍参考时钟倍乘器的 DDS 芯片是由 32 位相位累加器正弦函数功能查找表 DA 变换器以及低通滤波器集成到一起这个高速 DDS 芯片时钟频率可达 180MHz 输出频率可达 70 MHz 分辨率为 004Hz AD9851 采用 28 引脚的 SSOP 表面封装其引脚排列如图 35 所示各引脚定义如下 D0～ D78 位数据输入口可给内部寄存器装入 40 位 控制数据 PGND6 倍参考时钟倍乘器地 PVCC6 倍参考时钟倍乘器电源 WCLK 字装入信号上升沿有效 FQUD 频率更新控制信号时钟上升沿确认输入数据有效 FREFCLOCK 外部参考时钟输入 CMOSTTL 脉冲序列可直接或间接地加到 6 倍参考时钟倍乘器上在直接方式中输入频率即是系统时钟在 6 倍参考时钟倍乘器方式系统时钟为倍乘器输出 AGND 模拟地 AVDD 模拟电源 5Ｖ DGND 数字地 DVDD 数字电源 5Ｖ RSETDAC 外部复位连接端 VOUTN 内部比较器负向输出端 VOUTP 内部比较器正向输出端 VINN 内部比较器的负向输入端 图 35 AD9851 管脚示意图 VINP 内部比较器的正向输入端 DACBPDAC 旁路连接端 IOUTB 互补 DAC 输出 IOUT 内部 DAC 输出端 RESET 复位端低电平清除 DDS 累加器和相位延迟器为 0Hz 和 0 相位同时置数据输入为串行模式以及禁止 6 倍参考时钟倍乘器工作 AD9851 的串并行通信 AD9851 的串行操作有两种数据传送方式即从最高位开始传送和从最低位开始传送这是由控制寄存器 1的第 8位来决定的默认状态为低电平此时先传送最高位若为高电平则先传送最低位串行操作的时序如图 36所示 图 36 控制字串行输入时序图 在串行输入方式 WCLK上升沿把 25引脚的一位数据串行移入当移动 40位后用一个 FQ_UD脉冲即可更新输出频率和相位图 37是相应的控制字串行输入的控制时序图 AD9851的复位 RESET 信号为高电平有效且脉冲宽度不小于 5个参考时钟周期 AD9851 的参考时钟频率一般远高于单片机的时钟频率 因此 AD9851 的复位 RESET 端可与单片机的复位端直接相连 图 37 控制字并行输入的时序图 在并行装入方式中通过 8位总线 D0D7将可数据输入到寄存器在重复 5次之后再在 FQUD上升沿把 40位数据从输入寄存器装入 到频率相位数据寄存器 更新DDS 输出频率和相位 同时把地址指针复位到第一个输入寄存器接着在 WCLK 的上升沿装入 8 位数据并把指针指向下一个输入寄存器连续 5 个 WCLK 上升沿后 WCLK的边沿就不再起作用直到复位信号或 FQUD上升沿把地址指针复位到第一个寄存器 33 单片机 AT89S52 控制电路 AT89S52 是一种低功耗高性能 CMOS8 位微控制器具有 8K 在系统可编程Flash 存储器使用 ATMEL 公司高密度非易失性存储器技术制造与工业 80C51 产品指令和引脚完全兼容片上 Flash 允许程序存储器在系 统可编程亦适于常规编程器在单芯片上拥有灵巧的 8 位 CPU 和在系统可编程 Flash 使得 AT89S52 为众多嵌入式控制应用系统提供高灵活有效的解决方案 AT89S52 具有以下标准功能8k字节 Flash256 字节 RAM32IO 口线看门狗定时器 2 个数据指针三个 16 位定时器计数器一个 6 向量 2 级中断结构全双工串行口片内晶振及时钟电路另外AT89S52 0Hz 静态逻辑操作支持 2种软件可选择节电模式空闲模式下 CPU停止工作允许 RAMRAM 内容被保存振荡器被冻结单片机一切工作停止直到下一个中断或硬件复位为止 一般单片机 需外接一个时钟电路和一个复位电路其设计为下 时钟电路 图 38 时钟电路 XTAL1 是片内振荡器的反相放大器输入端 XTAL2 则是输出端使用外部振荡器时外部振荡信号应直接加到 XTAL1而 XTAL2悬空内部方式时时钟发生器对振荡脉冲二分频如晶振为 12MHz 时钟频率就为 6MHz 晶振的频率可以在 1MHz24MHz内选择电容取 30PF 左右 AT89C52 中有一个用于构成内部振荡器的高增益反相放大器引脚 XTAL1和 XTAL2分别是该放大器的输入端和输出端这个放大器与作为反馈元件的片外石英晶体或者陶瓷谐振器一 起构成自激振荡器片外石英晶体或者陶瓷谐振器及电容 C1C2 接在放大器的反馈回路中构成并联振荡电路对外接电容C1C2 虽然没有十分严格的要求但电容容量的大小会轻微影响振荡频率的高低振荡器工作的稳定性起振的难易程序及温度稳定性这里采用电容 30pF 晶振采用110592MHz 复位电路 AT89C52 的外部复位电路有上电自动复位和手动按键复位上电复位电容充电来实现手动按键复位又分为按键电平复位和按键脉冲复位按键电平复位电路是在普通 RC 复位电路的基础上接一个有下拉电阻 100K 上拉电容 10μ f 接 VCC电源由开关 接至复位脚和上拉电容并联上拉电容支路负责在上电瞬间实施复位开关通过 100K 下拉电阻分压器保证对单片机实施按键电平复位电路图如下图所示 图 39 复位电路 单片机控制电路图 图 310 单片机控制电路原理图 P0口 P0口是一个 8位漏极开路的双向 IO口作为输出口每位能驱动 8个 TTL逻辑电平对 P0 端口写 1 时引脚用作高阻抗输入当访问外部程序和数据存储器时P0口也被作为低 8 位地址数据复用在这种模式下 P0flash 编程时 P0口也用来接收指令字节在程序校验时输出指令字节程 序校验时需要外部上拉电阻 P1口 P1 口是一个具有内部上拉电阻的 8 位双向 IO 口 P1 输出缓冲器能驱动 4 个 TTL 逻辑电平对 P1 端口写 1时内部上拉电阻把端口拉高此时可以作为输入口使用作为输入使用时被外部拉低的引脚由于内部电阻的原因将输出电流此外 定时器计数器 2的外部计数输入 P10T22的触发输入 P11T2EXflash编程和校验时 P18 位地址字节 P2 口 P2 口是一个具有内部上拉电阻的 8 位双向 IO 口P2 输出缓冲器能驱动 4 个 TTL 逻辑电平对 P2 端口写 1 时内部上拉电阻把端口拉高此时可以作为输入口 使用作为输入使用时被外部拉低的引脚由于内部电阻的原因将输出电流在访问外部程序存储器或用 16 位地址读取外部数据存储器MOVX DPTRP2 口送出高八位地址在这种应用中 P2 口使用很强的内部上拉发送 1在使用 8 位地址 MOVX RIP2P2 锁存器的内容在 flashP2 口也接收高 8位地址字节和一些控制信号 单片机与 AD9851 的接口 单片机与 AD9851 的接口既可采用并行方式也可采用串行方式但为了充分发挥芯片的高速性能应在单片机资源允许的情况下尽可能选择并行方式本文重点介绍其并行方式的接口 P31 IO 方式并 行接口 I O 方式的并行接口电路比较简单但占用单片机资源相对较多图 311是 IO方式并行接口的电路图 AD9851 的数据线 D0D7 与 P1 口相连 FQ_UD 和 W_CLK 分别与 P23 10 引脚 和 P24 11 引脚 相连所有的时序关系均可通过软件控制实现 图 311 AT89S52 与 AD9851 的电路连接图 34 液晶显示模块 LCD1602 的主要性能 1602 型 LCD 可以显示 2 行 16 个字符有 8 位数据总线 D0～ D7RSRWEN 三个控制端口工作电压为 5V并且具有字符对比度调节和背。