江南大学硕士学位Ｄ芯片Ａ９８３４的波形发生器方案

江南大学硕士论文数字函数信号发生器的设计与实现 该方法是频率合成技术的一次革命。随着数字频率集成电路和微电子技术的发展，直接数字频率合成技术也显示出其优越性。本文采用直接数字频率合成器（DDS）、CPLD技术和单片机控制技术，开发设计了一种高分辨率、高稳定性的函数信号发生器。本文主要讨论基于DDS芯片AD9834的波形发生器，首先介绍和比较了几种常用的波形发生器方案数字信号发生器与函数发生器的比较，重点介绍了基于DDS芯片AD9834的波形。生成器方案包括其原理图、功能框图、硬件电路图、软件流程图，并对设计过程中出现的问题提出解决方案。提出并应用了CPLD与单片机之间的通信方法，实现了高精度、宽频率的信号生成。在系统的整体设计中，DDS信号发生器分为6个模块：键盘模块、单片机模块、CPLD模块、DDS模块、模拟信号调理模块和电源模块，软硬件按照设计模块。 .

系统硬件设计 系统整体硬件设计完成，具体实现电路详细分析设计。在系统软件设计中，系统软件的主要功能以模块的形式进行介绍。最后根据信号发生器的主要功能进行系统功能测试，根据具体的测试波形和测试数据对结果进行分析。实验和实测结果表明，所设计的系统结构简单，使用方便，交互性好，性能稳定可靠，具有较高的应用价值。关键词：信号发生器； DDS;单片机； CPL D;论文 (D D F S) isak in do f new o e q u en cy syn the e sism e tho d a Ildalsoar evolution in the inth e f r e q u e y syn the sis tech n iq u es。随着前夕在 teshu ted 电路中 fd itaal 的开发，一个 Ild 微电子技术 niqu ti t s，iD s t s t s t s t s dvantagesdaybyday。本指南介绍了高解析度稳定性信号发生器设计 nb a se don C P L D、MC Ucontr 01 技术和直接数字合成 (DDS)。此 P A P E R D E S C R B E S SE V E R A L A L A L A S E ECT SO FSIGN A LG EN ENERATORSBA SE DON AD 9 8 3 4 D D 芯片。首先，ep erin tro d uc es m an ykin d so fsign n a lgen gen er sth a tu su a llyused 和 dm en nake sso m eco m p 撕裂了儿子。第 9 章 8 3 4D D Schipind.eta 描述了该项目的设计对齐方式。它包含：b a Sicthe o ry、architecture、function mod u lediagr hoe、hard w r e schema ticdiag r hoe 和 d 问题的解决方案 cho c ur r ed insy stem de bugis 和 Word red 。 C P L D 与 M C U 通信的方法用于 th ed esigntogen ate te h i qu a ccud racya n e chancre equ en cyran ge al.在 o Vera ll 系统设计中，D 信号发生器应分为 6 个单元：boar dunit、singlechip unitit、CPL dunit、D D Sunit、一个 logsign al modu latO runit、一个 dpowe runit, wh er eb o thso Rwar ea and hard w ar ed e signa r ea c c om p lish ed d ac c o rd ingtoe ach 单元。 Inth ED EDE SIG NO FSY STE MH A R D WARE，SPE C IC IC AN A LY SISA N DD ER H O WTO REAELECTRICCICU 其 HADBD 已完成。在第 d e sig no f sy stem so R w er e 中，它们会在诸如此类的动作中引入 dac c o rd ing tou nits。完成同盟，在本期发行后的电子制造商的基础上，系统将接受测试，并在 gonth esp eciific test gwa V ef 中获得 dba S。 orman dtesting d a tath eresulth a db e na ly zed .这两个 x p e r i m e n t n de x p e r i m e n en t alresult in t th th ed e sign n e d s y s t e m e n t o n t o r t in d th th th e sign n e d s y stem e nc t线路友好、多兼容、版本稳定、可靠、可靠、易于识别。关键词：签署一个lg生成器； DDS;单片机； CPLD；是我在导师指导下的研究工作和取得的研究成果。

据我所知，该论文不包含他人发表或撰写的研究成果，也不包含我从江南大学或其他教育机构获得的学位或证书，除非它是特别标记和承认。和使用的材料。与我一起工作的同志对这项研究的任何贡献都在论文中明确说明并予以承认。署名：桫j 锄红 日期：一∞笤。 7./口论文授权须知 本论文作者充分理解江南大学关于论文保存和使用的规定：江南大学有权将论文的副本和磁盘留存并寄送国家有关部门或机构，允许论文查阅和借阅，可将论文全部或部分内容编入相关数据库进行检索，可通过影印、缩印或扫描等方式保存和编纂论文，内容电子文件的内容与论文的内容一致。机密论文解密后也适用此规则。署名：闫，’导师署名：臇79太/确认日期：争取一∥，多。 /3 第 1 章简介。第一章引言 函数信号发生器广泛应用于电子电路、自动控制和科学实验等领域。与示波器、电压表、频率表等仪器一样，信号发生器是最常见、最基本、应用最广泛的电子仪器之一。几乎所有需要电气参数的测量都需要信号发生器作为输入。信号使用。 1. 1 项目设计背景 信号发生器按输出波形可分为正弦波信号发生器、脉冲信号发生器、函数发生器和任意波形发生器。

按产生频率的方式可分为调谐信号发生器、锁相信号发生器和合成信号发生器。 1、调谐信号发生器由调谐振荡器组成，传统调谐信号发生器由调谐振荡器和通用调制放大器（输出放大器）加上一些指示电路组成。这种信号发生器结构复杂，频率范围窄，可靠性和稳定性差，波形失真比较大[I]。随着集成电路的飞速发展，高性能集成电路越来越多，这类信号发生器的性能也不断提高。这种信号发生器一般只能手动切换量程，不仅体积大，而且可靠性和精度也难以进一步提高，频率精度一般为0。 5% 或更少。现代电子测量对信号发生器的频率精度和稳定性要求越来越高，要求在较宽的频率范围内获得稳定性和精度高的输出信号。因此，调谐信号发生器已经越来越不能满足现代电子测量的需要。此外，这类信号发生器只能产生规则的波形，如方波、三角波、TTL信号和正弦波。进行科学实验对信号发生器的输出波形提出了各种要求，单纯的仿真方法很难满足实验的要求。 2. 锁相信号发生器是一种信号源，它通过锁相方法从调谐振荡器中获得输出信号。这种信号发生器的频率精度和稳定性都很高，但难以实现快速和数控化，输出信号的频率分辨率较差，只有12J。

使用锁相环很难实现高分辨率信号发生器，特别是对于涵盖低频和高频的信号发生器。 3、合成信号发生器是由频率合成方法组成的信号发生器。合成信号发生器采用晶体参考频率源，经过分频、混频、倍频得到所需的各种频率，因此合成器输出频率的稳定性和精度与参考源相同绝大多数频率合成技术都使用这种合成方法。这种信号发生器具有频率稳定性高、分辨率高、输出信号频率范围宽、频率程控容易、波形输出多、频率显示方便等优点[31]。近10年来，随着微电子技术的飞速发展，直接数字频率合成器（Direct Digital Frequency Synthesizer（DirectDigitalFrequencySynthesizer，简称DirectDigitalFrequencySynthesizer，简称DDS或DDF.S）发展迅速，已成为现代数字频率合成器的领导者。频率合成技术由于其优越的性能和不同于其他频率合成方法的特点[51]。体现在频率范围宽、变频时间短、频率分辨率高、输出相位连续、宽带正交信号等调制信号、可编程和全数字化、控制灵活方便等方面的性价比。

传统的模拟信号发生器存在可靠性差、体积大、无法实现数控等缺点。与模拟信号发生器相比，DDS信号发生器具有很大的优势。 DDS是一种芯片尺寸小、功耗低的数字高密度集成电路产品。已成为现代信号发生器的主流产品和信号发生器的换代产品。目前市面上很多DDS信号发生器成本高，而且很多输出频率在10MHz以上，可靠性不高。高校中非通信实验室信号发生器的频率一般需要在2MHz以下。本项目研制的信号发生器主要用于高校的非通信实验。信号发生器。 1. 2DDS信号发生器方案比较 DDS的应用彻底改变了信号发生器，其应用越来越广泛，具有重大的理论和现实意义。目前完成对DDS芯片的控制和设置有三种方案： 1、MCU方案采用单片机作为核心控制模块，通过单片机的SPI总线与DDS芯片通信微型计算机。单片机应用系统可以扩展外部RAM和ROM来存储数据和程序。 此外，MCU应用系统还可以扩展键盘、LED显示屏等人机界面部分，直接通过键盘设置DDS芯片。

利用单片机控制DDS芯片产生所需的各种波形，电路简单，成本低，但单片机I/O口少，难以实现同时控制键盘、LED灯和信号发生器的数字信号。管控。 2、CPLD方案 该方案是利用CPLD的高速可编程特性，通过CPLD直接控制DDS芯片。该方案在需要控制高速DDS芯片时优势明显，但灵活性有限，信号形式单一，需要改变CPLD来改变信号输出波形，所以该方案只能用于具体应用。 【4】。 3、DSP方案 本方案采用以DSP为核心的控制模块，其余与MCU方案相同。由于DSP速度快，MCU方案没有缺点。然而，采用这种解决方案将带来成本和设计复杂性的显着增加。基于上述方案的优缺点，提出改进方案：MCU+CPLD方案，即以单片机为控制器，通过CPLD完成对DDS模块的控制。采用该方案主要基于以下考虑：一是考虑MCU的经济性、简单性、灵活性等优势，选择以单片机MCU-51为核心的方案来实现控制模块。

本系统的设计采用CYGNAL公司的C8051F206作为控制模块的微处理器。 C8051F206包含1024字节RAM，8K FLAS HROM，无需扩展其他内存，即可满足设计要求；其次，考虑到CPLD的高速和I/O口多的特点，可以弥补单片机和I/O口速度慢的问题。 / O 端口少的缺点。传统的数字系统由固定功能标准集成电路74/54、4000、4500系列和部分固定功能集成电路组成。信号发生器的数字电路部分采用现代电子系统设计方案，仅由微处理器、存储器和PLD三个标准构建块组成，即CPU+RAM+PLD模式。 ，PLD设计是其核心。本文开发的信号发生器对接口芯片有特殊要求，市场上现有的专用芯片难以满足要求。使用完全定制的IC具有速度快、功耗低、保密性好的优点。缺点是消耗量小，成本高，开发风险大。采用半定制IC芯片CPLD作为单片机接口，通过设计人员对IC的布线设计完成最终设计。

使用半定制IC的优点是功能由用户自行设计，产品设计周期短，成本低，取决于工艺，适合小批量生产，开发风险很小。本方案采用半定制芯片EPM3128作为单片机与面板和DDS之间的接口芯片，根据功能需要定义接口芯片的功能。同时利用可编程器件对外部信号进行分频，实现等精度的外部测频功能。利用CPLD的可编程性，拓宽了信号发生器设计的应用范围，提高了设计的灵活性，便于信号发生器的功能扩展。 1. 3. 频率合成技术概述 常用的频率合成技术（FS，FrequencySynthesis）包括模拟锁相环、数字锁相环和分数分频锁相环（chu.a ctional.NPLLSynthesis）等数字信号发生器与函数发生器的比较，直接数字合成（Direct Digital Synthesis-DDS）是近年来的一种新的FS技术[4][6][7]。一、频率合成技术的发展现状 由于直接数字频率合成器采用全数字方式实现频率合成，它直接对参考正弦时钟进行采样和数字化，然后通过数字计算技术进行频率合成。因此，它具有其他频率合成方法无法比拟的优点，如频率转换速度快、频率分辨率高、输出相位连续、可编程、全数字化且易于集成、体积小、功耗低等。

直接数字频率合成器已广泛应用于现代电子设备、通信技术、医学影像、无线、PCS/PCN系统、雷达、卫星通信等诸多领域。频率合成技术主要用于实现各种信号发生器。由于实际使用中需要的信号频率和信号精度不同，半导体厂商根据不同的应用场合推出了一系列DDS产品。高通公司推出了Q2220、Q2230、Q2334、Q2240、Q2368，其中Q2368的时钟频率为130MHz，分辨率为0. 03Hz，杂散控制为。 76dBc，变频时间为o。一掷：美国AD公司也相继推出了他们的DDS系列：AD9850、AD985l、AD985２、双向正交输出，可实现线性调频AD9854和QPSK调制器AD985３、数字上变频器AD9856以及以DDS为核心的AD9857。 AD公司的DDS系列产品因其高性价比而被广泛使用。 AD公司常用DDS芯片列表如表1所示。 1.

AD 9834 Features ‘8] [9] [101: ( １） 输出频率为DC至20×2，时钟输入为50M№时频率分辨率可达0.18格，输出J 正弦波、方波和三角波信号的峰峰值为0.5V；（２）高度集成，无需或极少外部元件支持；（３）兼容3-线 SP I 串口输入，双缓冲，可方便与单片机和可编程器件配套使用； (4) 增益误差和总谐波失真极低。 2. DDS 特剧 1] [5] DDS 采用频率合成方式的全数字化结构，因此具有很多传统信号发生器所不具备的特点。DDS频率合成技术的特点主要体现在以下几点： 是DDS的主要优点之一。 DDS的频率分辨率取决于相位累加器的位数和时钟频率，只要一个s 相位累加器的位数足够长。 , DDS的频率分辨率可以足够高。以时钟频率为50 s的AD 9834和一个28位的相位累加器为例，其频率分辨率为：’Factory = Etc.o. M Threat Tab.1-1 表 BU 1AD 公司常用的 D Ds 芯片选型列表 Offrequently—使用 A Dc 公司最大 I：工作频率的 d D D S c 芯片！一：工作电压最大功耗型号备注（肋棉）（矿）（谈硅）AD 9832253.3/5120小封装，变换输入，内置D/A转换器AD 9 8 3 12 53.3/5120低电压，经济型，内置D/A转换器AD 9 8 3 32 52.5~5.

52 010 引脚 pSOlC 封装 AD 9834502. 5 至 5. 52 520 引脚 TS SOP 封装，带内置比较器 AD 9835505200 经济型，小型封装，外形尺寸输入，内置 D/A 转换器 AD 9830505300 经济型，并行输入, 内置 D/A 转换器 AD 98501253. 3/54 8 0 内置比较器和 D/A 转换器 AD 9 8 5 316 53. 3/51150 可编程数字 QP S 16-QAM 调制器 AD 98 5118 03/3. 3、5650内置比较器、D/转换器和时钟6倍频器内置12位D/A转换器、高速比较器、线性频率调制和AD 98523003。31200编程参考时钟倍频器内置12位双向停止D/A转换器，高速比较器和可编程AD 9 8 5 43 0 03。31200参考时钟倍频器内置10位D/A转换器，150MHz相位频率监视器，充电水银AD985810003。 32 0 0 0 和 2 GHz 混频器（２） D D S 具有任意波形输出能力） D D S 中相位累加器输出寻址的波形数据不一定是正弦信号，只要波形包含小于一半采样频率，那么这个波形可以由D来确定…