可编程波形发生器的设计与实现

可编程波形发生器设计与制作院别：信息科学与工程学院专业班：通信工程0901班姓名：学号：指导老师：2013年5月可编程波形发生器设计与制作TheDesignandProductionofProgramableWaveformGeneratorI摘要本系统是基于AD9833芯片的可编程波形发生器。采用AD9833芯片作为波形产生的核心，外围采用控制电路（AT89S52）、按键和液晶显示器等。通过按键控制可产生方波、三角波、正弦波等，同时液晶显示器指示其对应的频率。其设计简单、性能优好，可用于多种需要波形发生器的场所，具有一定的实用性。各种各样的信号是通信领域的重要组成部分，其中正弦波、三角波和方波等是较为常见的信号。在科学研究及教学实验中常常需要这几种信号的发生装置。为了实验、研究方便，研制一种灵活适用、功能齐全、使用方便的波形发生器是十分必要的。本文介绍的是利用AD9833芯片和AT89S52单片机产生所需不同信号的中高频信号源，其信号频率是可以按要求控制的。文中简要介绍了AD9833芯片的结构原理和使用方法，AT89S52的基础理论，以及液晶显示器的工作原理。文中着重介绍了如何利用单片机控制AD9833芯片产生上述信号的硬件电路和软件编程。本次关于产生不同信号的中高频的波形发生器设计方案，不仅在理论和实践上都能满足实验的要求，而且具有很强的可行性。该波形发生器的特点是：体积小、价格低廉、性能稳定、实现方便、功能齐全。关键词：AD9833AT89S52液晶显示器按键IIAbstractThissystemisbasedontheprogrammablewaveformgeneratoroftheAD9833chip.UsingtheAD9833chipasthecoreofwaveformgenerator,itsperipheralcircuitcontaincontrolcircuit(AT89S52),buttonsandLCDdisplayetc.Itcanproducesquarewave,trianglewave,sinewaveandsoon,throughthebuttoncontrol.,atthesametimeLCDdisplayindicatesthecorrespondingfrequency.Itsdesignissimple,performanceisgood,whichcanbeusedforavarietyofneedsofwaveformgeneratorandhasacertainpracticality.Allkindsofsignalsisanimportantpartinthefieldofcommunication,Especiallysinewave,triangularwaveandsquarewavesignalsaremorecommon.Thescientificresearchandteachingexperimentsoftenneedtheseveralkindsofsignalgenerator.Fortheconvenienceofexperimentandresearch,developpingonekindofwaveformgeneratorwhichincludesflexibleapplication,completefunctions,convenientuseisverynecessary.ThisarticledescribestheuseoftheAD9833chipsandAT89S52microcontrollertogeneratethesignalsourceofrequireddifferentfrequentsignals,thesignalfrequencycanbecontrolledaccordingtotherequirements.ItintroducesthestructureprincipleandusingmethodofAD9833chip,thebasedtheoryofAT89S52basedth,andtheworkingprincipleofLCD.Thewaveformgeneratordesignongeneratingsignalsofdifferentfrequencies,notonlyintheoryandpracticecanmeettherequirementsoftheexperiment,butalsohasastrongfeasibility.Thewaveformgeneratorfeaturesare:smallsize,lowprice,stableperformance,convenient,full-featured.Keywords:AD9833AT89S52LCDbuttonsIII目录摘要…………………………….……………….………….…………………………….ⅠAbstract………………………………………………………………………………….Ⅱ绪论………………………………………………………………………………………..11系统总体设计…………………………………………………………………………21.1设计方案比较与选定…………………….………….……………………………...21.1.1设计方案一…………………………………………………..……………………21.1.2设计方案二……………………………………………..……………………..….31.1.3设计方案三……………………………………………..…………………………31.1.4设计方案的选定………………………………………..…………………………31.2系统总体框图设计……………………………………..…………………………...42系统硬件设计…………………………………………………………………………52.1元器件的选择……………………………………..…………………………...……52.2系统硬件总体设计……………………………………………..…………………...82.3各模块电路说明…………………………………………..…………………….......92.3.1波形的产生及处理部分电路……………………………..…………………....…92.3.2人机交互电路………………………………………..………………………..…112.3.3液晶显示电路……………………………………………………..……………..123系统软件设计…………………………………………………………………..……143.1总体方案……………………………………………………..…………….…...….143.2程序流程图………………………………………………..……………………….153.3主要程序说明………………………………………………..…………..………...153.3.1主程序…………………………………………..………………………………..153.3.2初始化程序……………………………………………………..………………..163.3.3液晶显示程序…………………………………………………..………………..173.3.4按键程序…………………………………………………………..……………..193.3.5AD9833程序…………………………………………..……………..…....……...214制作与调试………………………………………………………………………..…24IV4.1硬件电路制作………………………………………………………..………….…244.1.1总体特点……………………………………………………..…………………..244.1.2焊接…………………………………………………..…………………………..244.2调试………………………………………………………………….......................254.2.1液晶显示调试……………………………………………………………………254.2.2AD9833波形输出调试…………………………………………………………...26结论………………………………………………………………………………………29致谢………………………………………………………………………………………30参考文献…………………………………………………………………………………31绪论波形发生器是一种常用的信号源，广泛应用于电子电路、自动控制和科学试验领域。它是一种为电子测量和计算工作提供符合严格技术要求的电信号设备。传统信号发生器一般用以下三种方法设计：用分立元件组成的函数发生器；由晶体管、运放IC等通用器件制作，更多的则是用专门的函数信号发生器IC产生；利用单片集成芯片的函数发生器。19世纪70年代，有的科学家提出利用直接数字频率合成技术（DDS）制作信号发生器。限于当时的技术和器件水平，它的性能指标尚不能与已有技术相比，故未受到重视。近年来随着数字集成电路和微电子技术的进步，这种结构独特的频率合成技术得到了充分的发展。该技术在相对带宽、频率转换时间、相位连续性、正交输出、高分辨力以及集成化等一系列性能指标已远远超过了传统的频率合成技术所能达到的水平。本次毕业设计的波形发生器基于DDS数字频率合成技术，相比于传统的设计方法，它有诸多优势。基于DDS技术的信号发生器即利用频率合成技术制成的信号发生器，也称为合成信号发生器，具有输出频率稳定、准确，波形质量好和输出频率范围宽等一系列独特的优点，虽然它也有一些缺点，比如工作频带受限，相位噪声，杂散抑制差，但是相比于传统波形发生器频率不高，工作不稳定，调节方式不够灵活，已经具有很大的进步。该波形发生器必需达到的技术指标：能产生正弦波、三角波和方波信号，并通过按键切换波形类型；通过按键可以以一定的步进改变频率；输出波所能达到频率范围为0～10MHz。通过初步的研究与思考，该波形发生器的难点在于：硬件的具体工作原理，特别是DDS的基本原理以及所选芯片的内部的结构与引脚的功能；软件与硬件到底是怎样进行结合的，基于DDS技术所选的芯片与写程序所选芯片的数据位是否相容；软件的设计，因为必须利用程序对频率以及频率的步进值进行设置。1系统总体设计1.1设计方案比较与选定依据应用场合．需要实现的波形种类，波形发生器的具体指标要求会有所不同。依据不同的设计要求选取不同的设计方案。通常，波形发生器需要实现的波形有正弦波、方波、三角波和锯齿波。有些场合可能还需要任意波形的产生。各种波形共有的指标有：波形的频率、幅度要求，频率稳定度，准确度等。对于不同波形，具体的指标要求也会有所差异，例如，占空比是脉冲波形特有的指标。波形发生器的设计方案多种多样，大致可以分为三大类：纯硬件设计法、纯软件设计法和软硬件结合设计法。1.1.1设计方案一波形发生器设计的纯硬件法早期，波形发生器的设计主要是采用运算放大器加分立元件来实现[1]。实现的波形比较单一，主要为正弦波、方波和三角波。工作原理嗍也相对简单：首先是产生正弦波，然后通过波形变换(正弦波通过比较器产生方波，方波经过积分器变为三角波)实现方波和三角波。在各种波形后加上一级放大电路，可以使输出波形的幅度达到要求，通过开关电路实现不同输出波形的切换，改变电路的具体参数可以实现频率、幅度和占空比的改变。通过对电路结构的优化及所用元器件的严格选取可以提高电路的频率稳定性和准确度。纯硬件法中，正弦波的设计是基础，实现方法也比较多，电路形式一般有LC、RC和石英晶体振荡器三类。LC振荡器适宜于产生几Hz至几百MHz的高频信号；石英晶体振荡器能产生几百KHz至几十MHz的高频信号且稳定度高；对于频率低于几MHz，特别是在几百Hz时，常采用RC振荡电路。RC振荡电路又分为文氏桥振荡电路、双T网络式和移相式振荡电路等类型。其中，以文氏桥振荡电路最为常用[2,11]。目前，实现波形发生器最简单的方法