基于单片机的函数信号发生器的设计.doc
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基于单片机的函数信号发生器的设计,摘 要本课题是采用低成本的mcs-51系列单片机构成具有高可靠性的函数信号发生器的应用设计。本设计通过单片机运算产生二进制控制信号去控制ad9850进而实现函数波形的产生。基于单片机的函数信号发生器抗干扰性强、功耗低、成本低、易实现，具有很高的实用价值。 本系统以51单片机为控制核心，由电源模块、单片机at89s52最...
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摘 要
本课题是采用低成本的MCS-51系列单片机构成具有高可靠性的函数信号发生器的应用设计。本设计通过单片机运算产生二进制控制信号去控制AD9850进而实现函数波形的产生。基于单片机的函数信号发生器抗干扰性强、功耗低、成本低、易实现，具有很高的实用价值。
本系统以51单片机为控制核心，由电源模块、单片机AT89S52最小系统模块、中断键盘模块、函数信号发生模块、MAX7219显示模块组成。采用中断键盘扫描方式计算所需频率，用数控的方法控制DDS芯片AD9850产生100Hz－40MHz正弦信号，100Hz－5MHz方波信号，波形输出较稳定，且精度较高。采用MAX7219驱动两个四位一体的八段LED数码管，显示出当前波形的频率。系统用C语言编写模块化程序，增强可读性，便于AT89S52对各模块的控制，实现各功能的设置。
关键词：单片机 直接数字频率合成（DDS） AD9850 函数信号 正弦波 方波
目 录
摘 要 I
ABSTRACT II
1 绪论 1
1.1 研究背景 1
1.2 研究目的 2
1.3 研究意义 2
2 课题设计相关理论知识 3
2.1 DDS的系统简介 3
2.1.1 DDS的基本原理 3
2.1.2 DDS的性能特点 3
2.2 AD9850简介 4
2.2.1 AD9850功能概述 4
2.2.2 AD9850的引脚功能 5
2.2.3 AD9850工作原理 5
2.2.4 AD9850应用与设计 6
3 系统的总体设计 8
3.1 方案论证 8
3.2 设计原理框图 8
4 系统硬件设计 9
4.1 电源电路 9
4.2 AT89S52单片机最小系统 9
4.2.1 AT89S52的资源参数 9
4.2.2 最小系统与I/O连接情况 10
4.3 中断键盘设计电路 11
4.4 MAX7219显示电路 12
4.5 AD9850函数信号发生模块 13
4.5.1 AD9850模块主电路 13
4.5.2 AD9850模块时钟电路 14
4.5.3 AD9850模块输入输出口定义 15
4.6 AT89S52单片机ISP下载线 15
4.6.1 ISP简介 15
4.6.2 AT89S52单片机ISP下载线原理 16
4.6.3 电脑并口DB25引脚定义说明 17
4.7 小结 17
5 系统软件设计 18
5.1 单片机MCS-51系列简介 18
5.2 MAX7219模块驱动程序 18
5.2.1 初始化程序 20
5.2.2 送显子程序 21
5.2.3 数据传送程序 22
5.3 AD9850的驱动程序设计 23
5.3.1 初始化程序 23
5.3.2 写控制字子程序 24
5.4 主函数程序设计 26
5.4.1 中断INT0服务函数 26
5.4.2 主函数 27
5.5 Keil C51介绍 29
5.6 ISPlay v1.5介绍 30
5.7 小结 31
6 系统调试与分析 33
6.1 硬件调试 33
6.2 软件调试 34
6.3 系统调试 37
6.3.1 独立按键与显示测试 37
6.3.2 波形测试 38
6.3.3 与开题要求对比 40
6.4 小结 41
参考文献 42
附 录 1 43
附 录 2 50
附 录 3 51
附 录 4 52
绪论
1.1 研究背景
近年来随着计算机在社会领域的渗透, 单片机的应用正在不断地走向深入，同时带动传统函数信号发生器日新月益更新。传统的函数信号发生器大多数采用了模拟锁相环、数字锁相环、小数分频锁相环（fractional-N PLL Synthesis）技术，但是随着科技的进步，出现了直接数字合成(Direct Digital Synthesis－DDS)的FS技术。单片集成的DDS产品是一种可代替锁相环的快速频率合成器件。DDS是产生高精度、快速变换频率、输出波形失真小的优先选用技术。DDS以稳定度高的参考时钟为参考源，通过精密的相位累加器和数字信号处理，通过高速D/A变换器产生所需的数字波形（通常是正弦波形），这个数字波经过一个模拟滤波器后，得到最终的模拟信号波形。通过高速DAC产生数字正弦数字波形，通过带通滤波器后得到一个对应的模拟正弦波信号，最后该模拟正弦波与一门限进行比较得到方波时钟信号。
参考文献
[1]何立民：MCS-51系列单片机应用系统设计 [M]，北京航空航天大学出版 2005。
[2]李建忠：单片机原理及应用 [M]，西安电子科技大学出版社 2002。
[3]周坚：单片.C语言轻松入门 [M]，北京航空航天大学出版社 2006。
[4]赵亮、候国锐：单片机C语言编程与实例 [M]，北京人民邮电出版社 2003。
[5]张伟、王力：电路设计与制版 [M]，北京人民邮电出版社 2006。
[6]候继红、李向东：protel 99se实用技术教程 [M]，中国电力出版社 2004。
[7]张力强、于伟、柴东： 电路原理图与PCB板设计教程 [M]，北京科学出版社 2005。
[8]郑郁正：单片机原理及应用 [M]，四川大学出版社 2003。
[9]周树南、张伯颐：电路与电子学基础 [M]，科学出版社 2000。
[10]江晓安、董秀峰、杨颂华：数字电路 [M]，西安电子科技大学出版社 2002。
[11]李全利、迟荣强：单片机原理及接口技术 [M]，高等教育出版社 2004。
本课题是采用低成本的MCS-51系列单片机构成具有高可靠性的函数信号发生器的应用设计。本设计通过单片机运算产生二进制控制信号去控制AD9850进而实现函数波形的产生。基于单片机的函数信号发生器抗干扰性强、功耗低、成本低、易实现，具有很高的实用价值。
本系统以51单片机为控制核心，由电源模块、单片机AT89S52最小系统模块、中断键盘模块、函数信号发生模块、MAX7219显示模块组成。采用中断键盘扫描方式计算所需频率，用数控的方法控制DDS芯片AD9850产生100Hz－40MHz正弦信号，100Hz－5MHz方波信号，波形输出较稳定，且精度较高。采用MAX7219驱动两个四位一体的八段LED数码管，显示出当前波形的频率。系统用C语言编写模块化程序，增强可读性，便于AT89S52对各模块的控制，实现各功能的设置。
关键词：单片机 直接数字频率合成（DDS） AD9850 函数信号 正弦波 方波
目 录
摘 要 I
ABSTRACT II
1 绪论 1
1.1 研究背景 1
1.2 研究目的 2
1.3 研究意义 2
2 课题设计相关理论知识 3
2.1 DDS的系统简介 3
2.1.1 DDS的基本原理 3
2.1.2 DDS的性能特点 3
2.2 AD9850简介 4
2.2.1 AD9850功能概述 4
2.2.2 AD9850的引脚功能 5
2.2.3 AD9850工作原理 5
2.2.4 AD9850应用与设计 6
3 系统的总体设计 8
3.1 方案论证 8
3.2 设计原理框图 8
4 系统硬件设计 9
4.1 电源电路 9
4.2 AT89S52单片机最小系统 9
4.2.1 AT89S52的资源参数 9
4.2.2 最小系统与I/O连接情况 10
4.3 中断键盘设计电路 11
4.4 MAX7219显示电路 12
4.5 AD9850函数信号发生模块 13
4.5.1 AD9850模块主电路 13
4.5.2 AD9850模块时钟电路 14
4.5.3 AD9850模块输入输出口定义 15
4.6 AT89S52单片机ISP下载线 15
4.6.1 ISP简介 15
4.6.2 AT89S52单片机ISP下载线原理 16
4.6.3 电脑并口DB25引脚定义说明 17
4.7 小结 17
5 系统软件设计 18
5.1 单片机MCS-51系列简介 18
5.2 MAX7219模块驱动程序 18
5.2.1 初始化程序 20
5.2.2 送显子程序 21
5.2.3 数据传送程序 22
5.3 AD9850的驱动程序设计 23
5.3.1 初始化程序 23
5.3.2 写控制字子程序 24
5.4 主函数程序设计 26
5.4.1 中断INT0服务函数 26
5.4.2 主函数 27
5.5 Keil C51介绍 29
5.6 ISPlay v1.5介绍 30
5.7 小结 31
6 系统调试与分析 33
6.1 硬件调试 33
6.2 软件调试 34
6.3 系统调试 37
6.3.1 独立按键与显示测试 37
6.3.2 波形测试 38
6.3.3 与开题要求对比 40
6.4 小结 41
参考文献 42
附 录 1 43
附 录 2 50
附 录 3 51
附 录 4 52
绪论
1.1 研究背景
近年来随着计算机在社会领域的渗透, 单片机的应用正在不断地走向深入，同时带动传统函数信号发生器日新月益更新。传统的函数信号发生器大多数采用了模拟锁相环、数字锁相环、小数分频锁相环（fractional-N PLL Synthesis）技术，但是随着科技的进步，出现了直接数字合成(Direct Digital Synthesis－DDS)的FS技术。单片集成的DDS产品是一种可代替锁相环的快速频率合成器件。DDS是产生高精度、快速变换频率、输出波形失真小的优先选用技术。DDS以稳定度高的参考时钟为参考源，通过精密的相位累加器和数字信号处理，通过高速D/A变换器产生所需的数字波形（通常是正弦波形），这个数字波经过一个模拟滤波器后，得到最终的模拟信号波形。通过高速DAC产生数字正弦数字波形，通过带通滤波器后得到一个对应的模拟正弦波信号，最后该模拟正弦波与一门限进行比较得到方波时钟信号。
参考文献
[1]何立民：MCS-51系列单片机应用系统设计 [M]，北京航空航天大学出版 2005。
[2]李建忠：单片机原理及应用 [M]，西安电子科技大学出版社 2002。
[3]周坚：单片.C语言轻松入门 [M]，北京航空航天大学出版社 2006。
[4]赵亮、候国锐：单片机C语言编程与实例 [M]，北京人民邮电出版社 2003。
[5]张伟、王力：电路设计与制版 [M]，北京人民邮电出版社 2006。
[6]候继红、李向东：protel 99se实用技术教程 [M]，中国电力出版社 2004。
[7]张力强、于伟、柴东： 电路原理图与PCB板设计教程 [M]，北京科学出版社 2005。
[8]郑郁正：单片机原理及应用 [M]，四川大学出版社 2003。
[9]周树南、张伯颐：电路与电子学基础 [M]，科学出版社 2000。
[10]江晓安、董秀峰、杨颂华：数字电路 [M]，西安电子科技大学出版社 2002。
[11]李全利、迟荣强：单片机原理及接口技术 [M]，高等教育出版社 2004。
