正弦波信号发生器的设计与实现 - 图文

正弦波信号发生器的设计与实现

中 文 摘 要

正弦波信号发生器广泛地应用于电子电路、自动控制系统和教学实验等领域，是工业与实验领域重要的信号激励源。

系统是以STC89C52单片机，AD9850集成电路为核心器件，设计并实现了频率、幅值连续可调的正弦波发生器。通过按键控制可实现正弦波频率的预置和幅度调节，步进精度为1Hz和10Hz，同时通过LCD12864液晶屏显示其对应频率。经测试：系统输出正弦波连续可调，频率范围100Hz ～1MHz，分辨率1Hz；幅值范围1v～10v。

关键词：信号发生器；正弦波；STC89C52；AD9850

Design and implementation of sine wave signal generator

ABSTRACT

Sine wave signal generator is widely used in electronic circuits, automatic control system and teaching experiment etc., is an important signal source of industrial and experimental field. STC89C52 microcontroller, AD9850 integrated circuit are the core device of this system.The design and implementation of a sine wave generator frequency, amplitude adjustable. we can achieve the preset of sine wave frequency and adjust of the amplitude through the button control .The stepping accuracy of this design is 1Hz and 10Hz.The system can achieve the function of displaying the corresponding frequency through the LCD12864.After testing:the system output sine wave is continuous and adjustable, the frequency range of 100Hz to 1MHz, the resolution of 1Hz; range 1V ~ 10V.

KEYWORD：Sine wave generator; sine wave; STC89C52 ; AD9850

目 录

第一章 绪论 .........................................................................................................................................................1

1.1 论文设计背景和意义 .................................................................................................................................... 1 1.2 波形发生器的发展 ........................................................................................................................................ 1 1.3信号发生器的实现方法 ................................................................................................................................ 2 本章小结 .............................................................................................................................................................. 3

第二章 系统总体方案设计 .................................................................................................................................4

2.1设计的要求及系统功能 ................................................................................................................................ 4 2.2 DDS的基本原理............................................................................................................................................ 4 2.3功能分析 ........................................................................................................................................................ 5

2.3.1主控模块功能分析 ............................................................................................................................. 5 2.3.2 信号发生模块功能分析 .................................................................................................................... 6 2.3.3液晶显示模块功能分析 ..................................................................................................................... 6 2.3.4放大模块功能分析 ............................................................................................................................. 6 本章小结 .............................................................................................................................................................. 6

第三章 系统硬件设计 .........................................................................................................................................7

3.1 单片机控制模块设计 .................................................................................................................................... 7

3.1.1 STC89C52单片机 ........................................................................................................................... 7 3.1.2时钟电路 ........................................................................................................................................... 8 3.1.3复位电路 ........................................................................................................................................... 8 3.2 信号产生模块设计 ........................................................................................................................................ 8

3.2.1 DDS结构 ........................................................................................................................................... 8 3.2.2累加器 ............................................................................................................................................... 9 3.2.3 控制相位的加法器 .......................................................................................................................... 9 3.2.4 控制波形的加法器 .......................................................................................................................... 9 3.2.5 D/A转换器 ..................................................................................................................................... 9 3.2.6 AD9850集成模块 ............................................................................................................................. 9 3.3 显示模块设计 .............................................................................................................................................. 11

3.4.1 LCD12864基本特性 ........................................................................................................................ 11 3.4.2 LCD12864的设计使用 ................................................................................................................... 12 3.4 键盘输入控制模块设计 .............................................................................................................................. 12 3.5 放大模块设计 .............................................................................................................................................. 13

3.5.1 反相比例放大电路 ........................................................................................................................ 13 3.5.2 运算放大器OP37 ........................................................................................................................... 13 3.5.3 直流稳压模块 ................................................................................................................................ 13 3.5.4 lm7815/lm7915系列 ..................................................................................................................... 14 本章小结 ............................................................................................................................................................ 14

第四章 系统软件设计 .......................................................................................................................................16

4.1 系统主程序设计 .......................................................................................................................................... 16 4.2键盘扫描程序设计 ...................................................................................................................................... 16 4.3显示程序设计 .............................................................................................................................................. 17 4.4 频率设定程序设计 ...................................................................................................................................... 18 本章小结 ............................................................................................................................................................ 18

第五章 系统调试 ...............................................................................................................................................19

5.1 软件调试 ...................................................................................................................................................... 19

5.1.1 编程语言的选择 ............................................................................................................................ 19 5.1.2 系统开发环境 ................................................................................................................................ 19 5.2测试仪器 ...................................................................................................................................................... 20 5.3电源测试数据记录 ...................................................................................................................................... 20 5.4系统测试 ...................................................................................................................................................... 20 5.5测试分析 ...................................................................................................................................................... 21 本章小结 ............................................................................................................................................................ 21

第六章 总结 .......................................................................................................................................................22 参考文献 .............................................................................................................................................................23 致 谢 ................................................................................................................................. 错误！未定义书签。 附录一硬件图片： .............................................................................................................................................24 附录二 总电路图 ...............................................................................................................................................25 附录三程序代码 .................................................................................................................................................26

主程序： ............................................................................................................................................................ 27

DDS程序 ........................................................................................................................................................... 29 12864.程序 ......................................................................................................................................................... 32 键盘程序 ............................................................................................................................................................ 33

第一章 绪论

1.1 论文设计背景和意义

在电子技术领域中，经常要用一些信号作为测量基准信号或输入信号，也就是所谓的信号源。信号源有很多种，正弦波信号源是其中一种。被称为电子系统“心脏”的信号源是电子系统必不可少的组成部分，很大程度上决定了系统的性能，然而传统的信号源采用振荡器，产生波形种类少，且仪器体积大，自动化程度较低，灵活性与精确度差。随着电子技术的发展，对信号源的要求越来越高，频率范围越来越大，分辨率越来越小，同时，对频率合成器功耗、体积、重量等也有更高的要求。因此，实现高性能的信号源，必须要有新的突破的技术手段。

今天的高性能信号源通过频率合成技术来实现，随着计算机，数字集成电路和微电子技术的发展，频率合成技术有了新的突破，直接数字频率合成（DDS），这是一种先进的数字信号处理理论和信号合成的方法，它的出现将信号合成引入到一个新的技术领域，进一步提高信号的频率稳定度提供了一种新的解决方案。随着微电子技术的迅速发展，直接数字频率合成技术得到了迅速的发展，

直接数字频率合成器DDS组件后，DDS组件限制速度和数字噪声引起的这两个主要的缺点阻碍了DDS技术的发展与应用。近年来，超高速数字电路的发展以及对DDS的深入研究，DDS的最大工作频率和噪声性能接近的锁相环率合成器，并达到了相当的水平。随着微电子技术的迅速发展，直接数字频率合成技术得到了迅速的发展，它不同于人其他现代频率合成技术的频率合成，具有优越的性能和特点。反映在较宽的带宽，频率转换时间短，频率分辨率高，输出相位连续，可生产各种其他宽带正交信号和调制信号，可编程数字，控制灵活，具有很高的价格。现在广泛的应用在通信，导航，遥测，雷达，电子战和现代仪器仪表行业等领域[1]。

1.2 波形发生器的发展

波形发生器随着不断进步的计算机技术和微电子技术的形成而发展起来的一种新型信号源器。基于DDS技术的波形发生器具有输出频率稳定，精度，波形质量和输出波形的频率范围等一系列独特的优点，波形发生器是一个重要的研究方向。DDS技术是一种先进的频率合成技术，其主要优点是易于程控，相位连续，输出频率稳定，分辨率高。

早在20世纪20年代，当电子装置刚刚出现，波形发生器就出现了。随着通信和雷达技术，40年的出现主要是用于测试各种接收机标准信号发生器。由于早期的信号发生器机结构比较复杂，功率比较大，电路比较简单（和数字仪表相比，示波器），所以发展一直比较缓慢。

在上世纪70年代以前，信号发生器主要有两种类型：正弦波和脉冲波，然而函数发

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