AVR的DDS信号发生器_毕业设计

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。

典型的频率控制字般为位长，用来提供更优越的频率分辨率，实现技术。

使用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。

直接数字频率合成是近年来发展迅猛的种新的频率合成技术。

使用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。

基于技术的信号发生器是类新型信号源，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。

本文在介绍原理的基础上，重点介绍利用技术采用单片机控制芯片实现多功能信号发生器的设计。

单片机概述近十几年来，单片机在生产过程控制自动检测数据采集与处理科技计算商业管理和办公室自动化等方面获得了广泛的应用。

单片机具有体积小重量轻耗能小价格低可靠性高和运用灵活等优点，因此也广泛应用于卫星定向汽车火花控制交通自动管理和微波炉等专用控制上。

近几年来，单片机的发展更为迅速，它已渗透到诸多学科的领域，以及人们生活的各个方面。

高可靠性功能强高速度低功耗和低价位，直是衡量单片机性能的重要指标，也是单片机占领市场赖以生存的必要条件。

早期单片机由于工艺设计水平不高功耗高和抗干扰性能差等原因，所以采取稳妥方案，即采用较高的分频系数对时钟分频，使得指令周期长，执行速度慢。

以后的单片机虽然采用提高时钟频率和缩小分频系数等措施来提高单片机运行速度，但这种状态并未被彻底改观如以及其改进型。

单片机的推出，彻底打破了这种旧的设计格局。

它飞出了机器周期，抛弃了复杂指令集计算机追求指令完备的做法，采用精简指令集，以字作为指令长度单位，将内容丰富的操作属于操作码安排在字之中，取指令周期短，有可预取指令，实现流水作业，故可高速执行指令。

当然这种速度上的升跃，是以高可靠性为其后盾的。

单片机硬件结构采取位机和位机的折中策略，即采用局部寄存器存堆和单体高速输入输出的方案。

提高了指令执行速度，克服了瓶颈现象，增强了功能，同时又减少了对外设管理的开销，相对简化了硬件结构，降低了成本。

故单片机在软硬件开销速度性能和成本诸多方面取得了优化平衡，是高性价比的单片机。

系列单片机是位单片机中的佼佼者，作为高端产品，其中单片机具有丰富的硬件资源和软件资源，性能优异，具有良好的抗干扰特性。

课题内容和要求本设计是研制个高性能的信号发生器，以芯片产生正弦波形为基础，利用单片机比较器放大器构成频率振幅占空比和相位均可调的波形信号发生器。

具体内容包括技术的工作原理及波形产生技术学习的工作原理，利用芯片设计并实现整个系统，产生正弦波，方波等波形，并实现线性跳频。

单片机技术学习公司的位单片机的原理及工作特性，实现键盘接口电路，波形产生控制电路和液晶显示接口电路。

信号的输出处理技术对芯片输出的模拟信号进行控制，实现调幅，变增益，变方波比等。

硬件和软件设计设计电路原理图，学习掌握布线防干扰知识，制作电路板利用单片机控制整个系统的工作过程，并通过软件编程对输出电路进行误差补偿，提高信号发生器的精度和准确度。

设计的技术要求与数据产生从频率的正弦波形，频率可以任意设定，分辨率。

输出电压产生有效值能从任意设定的正弦波形，并且增益可调，幅度步进值为。

产生从频率可以任意设定的，占空比的方波波形。

同时产生两个频率是的正弦波形，正弦波，而且两波形的相位差可以是产生占空比范围从可任意设定的方波波形。

第二章设计原理与方案论证本信号发生系统包括正弦波产生模块，单片机控制模块，放大器模块，键盘显示等四大模块。

现将各模块主要字波形，通过带通滤波器后得到个对应的模拟正弦波信号，最后该模拟正弦波与门限进行比较得到方波时钟信号。

图直接数字频率合成原理框图基本工作原理技术是根据奈奎斯特定理取样，从连续信号的相位出发，通过查表法产生波形将个正弦信号取样量化编码形成个正弦函数表存在中。

合成时，通过改变相位累加器的频率控制字来改变相位增量。

相位增量不同将导致周期内的取样点数的不同，在取样频率不变的情况下，通过改变相位累加器的频率控制字，将这种变化的相位除以幅值量化的数字信号，通过转换及低通滤波器即可得到合成的相位变化的模拟信号频率。

对于个简单的直接数字频率合成器，它可以分为参考频率源相位累加器可编程只读存储器和转换器四部分见图。

图基本工作原理简介及其与单片机的接口是公司采用先进的技术，年推出的高集成度频率合成器，它内部包括可编程系统高性能及高速比较器，能实现全数字编程控制的频率合成器和时钟发生器。

接上精密时钟源，可产生个频谱纯净频率和相位都可编程控制的模拟正弦波输出。

此正弦波可直接用作频率信号源或转换成方波用作时钟输出。

接口控制简单，可以用位并行口或串行口直接输入频率相位等控制数据。

位频率控制字，在时钟下，输出频率分辨率达。

先进的工艺使不仅性能指标流，而且功耗少，在供电时，功耗仅为。

扩展工业级温度范围为摄氏度。

可编程系统的核心是相位累加器，它由个加法器和个位相位寄存器组成，般为。

每来个外部参考时钟，相位寄存器便以步长递加。

相位寄存器每过个外部参考时钟后返回到初始状态次，相位地正弦查询表每消费品个循环也回到初始位置，从而使整个系统输出个正弦波。

输出的正弦波周期，频率，分别为外部参考时钟的周期和频率。

采用位的相位累加器，将信号截断成位输入到正弦查询表，查询表的输出再被截断成位后输入到，再输出两个互补的电流，接到滤波器上。

调节满量程输出电流，需外接个电阻，其调节关系为，的典型值是。

的内部方框图如图所示。

图内部方框图是脚表面封装。

其引脚排列如图所示。

功能如下，控制字并行输入端，其中可作为串行输入，数字地，数字电源，控制字装入时钟，频率更新控制，输入时钟，模拟地，模拟电源，外接电阻内部比较器输出内部比较器输入，内部外接参考电压端输出端，复位端。

图引脚排列。

在本系统的电路设计单片机与的接口既可以用并行方式，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，本系统采用并行接法。

的基准信号源决定于整个系统输出的精确度和稳定度，在本系统中采用了的温度补偿晶体振荡器作为的基准信号源，温度补偿晶体不随温度的改变而改变，而且精度和稳定度是非常高，抗干扰也是比较好。

使得整个系统输出的频率是那么的精确稳定。

由于是贴片式的体积非常小，引脚排列比较密，焊接时必须小心，还要防静电击穿，焊接不好就很容易把芯片给烧坏。

还有在使用中数据线电源等接反或接错都很容易损坏芯片。

所以在外围采用了电源输入输出数据线的保护电路。

为了减小外界干扰，添加了不少的滤波电路。

正弦波方波产生详细电路图如图所示。

有源晶振图正弦波方波产生电路方波占空比调节电路占空比是指高电平在个周期之内所占的时间比率。

比如，占空比为，说明正电平所占时间为个周期。

在对占空比概念的了解上进步深入，经过多项实验方案和比较，最终得出了合理而容易实现的方法，即利用输出适合的电压信号，通过内部本身的高速比较器与正弦波进行比较，与内部比较器负端连接，而本身产生的正弦波与比较器正端连接，其结构原理图如图所示。

图方波占空比调节结构原理图该占空比的方法不仅可以实现连续调节范围，而且实用性强精确度高稳定性好，具体电路原理如图所示。

正弦波占空比可调的方波输出图方波占空比调节电路原理及应用是美国公司推出的的种宽频带低噪声增益可程控的集成运算放大器，可用于射频自动增益放大视频增益控制转换时的量程控制和信号测量系统中。

本文介绍了的工作原理及使用要点，给出了以为核心构成的应用电路。

引脚排列功能及极限参数的引脚排列如图所示，表为其引脚功能。

的极限参数如下电源电压输入信号幅度增益控制端电压和功耗工作温度范围图引脚排列表管脚功能表引脚名称描述增益控制电压正相输入正电压控制增益控制电压反相输入负电压控制运放输入运放公共端反馈端负电源输入运放输出正电源输入的内部结构及原理的简化原理框图如图所示，它由无源输入衰减器增益控制界面和固定增益放大器三部分组成。

加在梯型网络输入端的信号经衰减后，由固定增益放大器输出，衰减量是由加在增益控制接口的电压决定。

增益的调整与其自身电压值无关，而仅与其差值有关，由于控制电压端的输入电阻高达，因而输入电流很小，致使片内控制电路对提供增益控制电压的外电路影响减小。

以上特点很适合构成程控增益放大器。

控制的梯形网络的滑动触点可以连续的移动，可实现的衰减。

图的原理框图我们可利用反馈网络与的连接方式设计的增益，可设置为三种模式。

模式将脚和脚短路，的增益为，增益范围为。

模式二将脚和脚断开，其增益为，增益范围为。

模式三在脚与脚之间外接个电阻，可将设置在之间的任意值。

增益放大电路图增益放大电路简介及电路设计是美信公司推出的位单通道串行转换器件，它具有功耗低转换频率快内部带基准电压等特点，内部有内置基准电压源这性能是很重要的，把内置基准电压源的输出作为转换器的参考电压，由于所用参考电压非常精密，所以其转换的输出电压的线性度很好，误差极小，这正是最可取之处。

为脚封装，能与单片机接口。

芯片外部引脚见图，各引脚功能见表。

芯片采用或供电，具有路位模拟量电压输出。

转换数据通过串行输