dds的波形发生器的设计
目 录
一、 引言 1
（一） 频率合成技术发展背景 1
（二） 频率合成技术的国内外发展现状 2
（三） 本文主要研究内容 2
二、 方案选择及元器件介绍 3
（一） 主控芯片的选择 3
（二） AT89C51单片机简要介绍 3
（三） LCD1602屏幕概述 4
（四） AD9850型DDS模块介绍 5
三、 硬件系统设计 6
（一） 硬件结构框图设计 6
（二） 单片机最小系统设计 7
（三） LCD1602显示器外围电路设计 8
（四） AD9850模块与单片机电路设计 8
四、 软件系统设计 9
（一） 软件系统流程图设计 9
（二） LCD1602屏幕显示流程设计 10
（三） AD9850驱动流程图 11
（四） AD9850输出正弦波流程设计 12
五、 硬件的调试与测试 14
总结 18
致谢 19
参考文献 20
附录一 原理图 21
附录二 实物图 22
附录三 PCB图 23
附录 程序四 24
引言
频率合成技术发展背景
DDS技术是一种直接合成频率技术，它是当今通信技术以及测量技术中一种常用的用于产生稳定信号的技术。在发射机中，它用于发射机的激励信号源，而在接收机中它又作为本振信号出现，DDS的性能将决定收发机的通信质量，主要以稳定度以及频率合成速率作为主要指标，而在一些高端的函数发生器、扫频仪以及频谱仪中，它又被作为标准信号源使用，而在电子对抗设备中，DDS合成的信号用于干扰周围设备使用。频率合成技术早在二十世纪三十年代就已经出现，刚出现时主要将其用于研发军用产品，到今天它已经有了近两个世纪的发展历程，最早的频率合成方法被称为间接频率合成技术，之所以被称为间接是因为它合成的信号来自于另一个标准的频率源，这种频率合成技术也被称为锁相环技术，它的主要原理是通过一个高稳定度晶振产生一个参考频率源，将这个频率源输入到锁相环的鉴
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使用，而在电子对抗设备中，DDS合成的信号用于干扰周围设备使用。频率合成技术早在二十世纪三十年代就已经出现，刚出现时主要将其用于研发军用产品，到今天它已经有了近两个世纪的发展历程，最早的频率合成方法被称为间接频率合成技术，之所以被称为间接是因为它合成的信号来自于另一个标准的频率源，这种频率合成技术也被称为锁相环技术，它的主要原理是通过一个高稳定度晶振产生一个参考频率源，将这个频率源输入到锁相环的鉴相器模块，鉴相器主要用于参考频率和反馈频率作比较，当两个信号的频率之间存在差值时，鉴相器将输出一个直流模拟电压，由于该直流模拟电压中掺杂着一定含量的高频噪声信号，因此需要将鉴相器的输出信号传入到一个低通滤波器将噪声信号滤除干净并将纯净的直流模拟电压输入到压控振荡器（VCO）中，压控振荡器的输出信号即为用户需要的信号，而该信号的频率受其输入端的直流模拟电压控制，并且其输出的信号会通过分频器反馈到鉴频器，只要输出信号与理想信号的频率出现偏差，鉴频器聚会输出一定的直流电压来控制VCO，从而使输出信号保持稳定不受干扰，可见这种间接频率合成技术是通过反馈机制来维持输出信号的稳定性的，因此稳定性极高，然而由于具有反馈环结构（如图1），所以其响应时间非常长，目前性能最好的间接频率合成技术的响应时间也要高达1毫秒左右，因此无法将其用于一些高速频率切换场合。
图1间接频率合成技术
随着数字化技术的发展，直接频率合成技术（即DDS）出现，这种技术与采用模拟电路形式的锁相环不同，DDS是一种数字化技术，它首先将标准的波形信号一个周期的采样值保存到其内部的ROM中，当需要合成用户需要的频率后，DDS内部的控制器直接从ROM中查表，通过控制每个时钟周期输出的波形幅度的瞬时值来改变输出信号的频率，由于此时输出的波形中带有一定的高频谐波信号和噪声信号，因此DDS中也配置了低通滤波器，对输出信号进行处理，最终将输出一个干净的信号，这种方法的响应速度极快，是间接频率合成技术所无法比拟的，因此它的适用范围更加广泛，但是其成本相对于锁相环较高。
频率合成技术的国内外发展现状
频率合成就是用一个高稳定度和高准确度的标准频率源作为参考，通过对频率进行加、减、乘、除运算，产生大量的同一稳定度和准确度的不同频率。它是电子系统的心脏，是影响电子系统性能的关键因素之一，广泛应用于通信、导航、电子站、遥控遥测、仪器仪表等系统中。
频率合成技术自二十世纪出现之后发展至今，先后经历了直接模拟式（DAS）、间接锁相式、直接数字式（DDS）三个阶段的发展。随着现代战争中电子系统地位的与日剧俱升，在应用与市场的牵引下，相应的频率合成器也得到了快速的发展，如体积小、高指标的集成频率合成器[1,2,3]以及将DDS和锁相结合的混合式频率合成器[4，5，6，7]屡见报道。同时，频率合成式的小型化、低成本、高性能、多品种特性，也进一步推动了各种军用电子应用系统的更新换代。频率合成技术自二十世纪出现之后发展至今，从分立元件搭立的模拟数字式锁相环频率合成器到如今的直接频率合成技术DDS，已经取得了巨大的进步，当今世界上研究和开发DDS系统最先进的当属美国的亚德诺半导体公司，该公司生产的AD98系列DDS在许多场合都有应用，其频率分辨率能够达到小数点后两位数的高清晰度，相位噪声非常低，在一些跳频场合有着广泛的应用。而在国内，DDS技术还由一端很长的路需要走，目前国内的频率合成技术还停留在间接频率合成技术上。而间接式频率合成器常采用多个锁相环的形式。间接频率合成器的体积小、成本低、相位噪声较小，但分辨率不是很高，频率转换时间较长，通长大于1毫秒。在通信和测试设备中，主要是采用了这种类型的合成技术。国内的频率合成技术有待提升。
本文主要研究内容
本文以DDS波形发生器作为研究对象，设计了一款波形发生器控制系统。在论文的第一章主要对频率合成技术的发展背景做了详细的介绍，第二章对系统的硬件模块进行了选择并确立了设计方案，第三章对系统的硬件电路进行了设计，通过原理图描述了各模块的设计方法，第四章对软件系统进行了设计。
方案选择及元器件介绍
主控芯片的选择
方案一：选择8位单片机中的51单片机作为控制系统的主控芯片，所谓51单片机是指那些片内采用MCS—51架构作为内核的单片机，如美国ATMEL公司的AT89C51、AT89C52、AT89S51以及AT89S52，中国宏晶公司生产的STC89C51、STC89C52、STC12系列等，它们都是采用51内核，只是片内资源不同的经典51单片机。采用51单片机作为控制系统有两大好处，一是51单片机内部需要操控的寄存器较少，非常适合初学者和学生使用，容易完成系统的设计；而是51单片机采用串口进行程序的下
一、 引言 1
（一） 频率合成技术发展背景 1
（二） 频率合成技术的国内外发展现状 2
（三） 本文主要研究内容 2
二、 方案选择及元器件介绍 3
（一） 主控芯片的选择 3
（二） AT89C51单片机简要介绍 3
（三） LCD1602屏幕概述 4
（四） AD9850型DDS模块介绍 5
三、 硬件系统设计 6
（一） 硬件结构框图设计 6
（二） 单片机最小系统设计 7
（三） LCD1602显示器外围电路设计 8
（四） AD9850模块与单片机电路设计 8
四、 软件系统设计 9
（一） 软件系统流程图设计 9
（二） LCD1602屏幕显示流程设计 10
（三） AD9850驱动流程图 11
（四） AD9850输出正弦波流程设计 12
五、 硬件的调试与测试 14
总结 18
致谢 19
参考文献 20
附录一 原理图 21
附录二 实物图 22
附录三 PCB图 23
附录 程序四 24
引言
频率合成技术发展背景
DDS技术是一种直接合成频率技术，它是当今通信技术以及测量技术中一种常用的用于产生稳定信号的技术。在发射机中，它用于发射机的激励信号源，而在接收机中它又作为本振信号出现，DDS的性能将决定收发机的通信质量，主要以稳定度以及频率合成速率作为主要指标，而在一些高端的函数发生器、扫频仪以及频谱仪中，它又被作为标准信号源使用，而在电子对抗设备中，DDS合成的信号用于干扰周围设备使用。频率合成技术早在二十世纪三十年代就已经出现，刚出现时主要将其用于研发军用产品，到今天它已经有了近两个世纪的发展历程，最早的频率合成方法被称为间接频率合成技术，之所以被称为间接是因为它合成的信号来自于另一个标准的频率源，这种频率合成技术也被称为锁相环技术，它的主要原理是通过一个高稳定度晶振产生一个参考频率源，将这个频率源输入到锁相环的鉴
*好棒文|www.hbsrm.com +Q: ￥3^5`1^9`1^6^0`7^2$
使用，而在电子对抗设备中，DDS合成的信号用于干扰周围设备使用。频率合成技术早在二十世纪三十年代就已经出现，刚出现时主要将其用于研发军用产品，到今天它已经有了近两个世纪的发展历程，最早的频率合成方法被称为间接频率合成技术，之所以被称为间接是因为它合成的信号来自于另一个标准的频率源，这种频率合成技术也被称为锁相环技术，它的主要原理是通过一个高稳定度晶振产生一个参考频率源，将这个频率源输入到锁相环的鉴相器模块，鉴相器主要用于参考频率和反馈频率作比较，当两个信号的频率之间存在差值时，鉴相器将输出一个直流模拟电压，由于该直流模拟电压中掺杂着一定含量的高频噪声信号，因此需要将鉴相器的输出信号传入到一个低通滤波器将噪声信号滤除干净并将纯净的直流模拟电压输入到压控振荡器（VCO）中，压控振荡器的输出信号即为用户需要的信号，而该信号的频率受其输入端的直流模拟电压控制，并且其输出的信号会通过分频器反馈到鉴频器，只要输出信号与理想信号的频率出现偏差，鉴频器聚会输出一定的直流电压来控制VCO，从而使输出信号保持稳定不受干扰，可见这种间接频率合成技术是通过反馈机制来维持输出信号的稳定性的，因此稳定性极高，然而由于具有反馈环结构（如图1），所以其响应时间非常长，目前性能最好的间接频率合成技术的响应时间也要高达1毫秒左右，因此无法将其用于一些高速频率切换场合。
图1间接频率合成技术
随着数字化技术的发展，直接频率合成技术（即DDS）出现，这种技术与采用模拟电路形式的锁相环不同，DDS是一种数字化技术，它首先将标准的波形信号一个周期的采样值保存到其内部的ROM中，当需要合成用户需要的频率后，DDS内部的控制器直接从ROM中查表，通过控制每个时钟周期输出的波形幅度的瞬时值来改变输出信号的频率，由于此时输出的波形中带有一定的高频谐波信号和噪声信号，因此DDS中也配置了低通滤波器，对输出信号进行处理，最终将输出一个干净的信号，这种方法的响应速度极快，是间接频率合成技术所无法比拟的，因此它的适用范围更加广泛，但是其成本相对于锁相环较高。
频率合成技术的国内外发展现状
频率合成就是用一个高稳定度和高准确度的标准频率源作为参考，通过对频率进行加、减、乘、除运算，产生大量的同一稳定度和准确度的不同频率。它是电子系统的心脏，是影响电子系统性能的关键因素之一，广泛应用于通信、导航、电子站、遥控遥测、仪器仪表等系统中。
频率合成技术自二十世纪出现之后发展至今，先后经历了直接模拟式（DAS）、间接锁相式、直接数字式（DDS）三个阶段的发展。随着现代战争中电子系统地位的与日剧俱升，在应用与市场的牵引下，相应的频率合成器也得到了快速的发展，如体积小、高指标的集成频率合成器[1,2,3]以及将DDS和锁相结合的混合式频率合成器[4，5，6，7]屡见报道。同时，频率合成式的小型化、低成本、高性能、多品种特性，也进一步推动了各种军用电子应用系统的更新换代。频率合成技术自二十世纪出现之后发展至今，从分立元件搭立的模拟数字式锁相环频率合成器到如今的直接频率合成技术DDS，已经取得了巨大的进步，当今世界上研究和开发DDS系统最先进的当属美国的亚德诺半导体公司，该公司生产的AD98系列DDS在许多场合都有应用，其频率分辨率能够达到小数点后两位数的高清晰度，相位噪声非常低，在一些跳频场合有着广泛的应用。而在国内，DDS技术还由一端很长的路需要走，目前国内的频率合成技术还停留在间接频率合成技术上。而间接式频率合成器常采用多个锁相环的形式。间接频率合成器的体积小、成本低、相位噪声较小，但分辨率不是很高，频率转换时间较长，通长大于1毫秒。在通信和测试设备中，主要是采用了这种类型的合成技术。国内的频率合成技术有待提升。
本文主要研究内容
本文以DDS波形发生器作为研究对象，设计了一款波形发生器控制系统。在论文的第一章主要对频率合成技术的发展背景做了详细的介绍，第二章对系统的硬件模块进行了选择并确立了设计方案，第三章对系统的硬件电路进行了设计，通过原理图描述了各模块的设计方法，第四章对软件系统进行了设计。
方案选择及元器件介绍
主控芯片的选择
方案一：选择8位单片机中的51单片机作为控制系统的主控芯片，所谓51单片机是指那些片内采用MCS—51架构作为内核的单片机，如美国ATMEL公司的AT89C51、AT89C52、AT89S51以及AT89S52，中国宏晶公司生产的STC89C51、STC89C52、STC12系列等，它们都是采用51内核，只是片内资源不同的经典51单片机。采用51单片机作为控制系统有两大好处，一是51单片机内部需要操控的寄存器较少，非常适合初学者和学生使用，容易完成系统的设计；而是51单片机采用串口进行程序的下
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