基于STM32的DDS信号发生器的设计电气工程专业.docx

目录 摘要...................................................................................................................1 Abstract.............................................................................................................2 第一章 绪论...................................................................................................3 1.1 课题研究背景及意义.......................................................................3 1.2 设计内容...........................................................................................3 第二章 频率合成与DDS技术概述..............................................................5 2.1 频率合成技术概述............................................................................5 2.2 DDS基本原理和相位累加器...........................................................6 2.3 DDS优缺点及性能分析...................................................................8 第三章 芯片选型与使用方法.....................................................................11 3.1 芯片选型综述..................................................................................11 3.2 AD9850芯片的使用........................................................................11 3.2.1 AD9850的引脚定义.............................................................12 3.2.2 AD9850的控制字.................................................................13 3.2.3 AD9850的时序与工作..........................................................15 3.3 LCD12864的使用............................................................................17 第四章 电路构思及搭建.............................................................................21 4.1 信号发生电路..................................................................................21 4.2 LCD显示电路..................................................................................23 4.3 按键控制电路..................................................................................24 4.4 核心控制电路..................................................................................25 4.5 电路搭建注意事项及小结..............................................................26 第五章 程序设计.........................................................................................27 第六章 设计结果及性能分析.....................................................................31 6.1 频率特性 6.2 幅值特性 6.3 纹波抑制特性 参考文献 致谢 摘 要 在电子与电气实验中，我们常常需要一个精度高且能在一定范围内产生任意频率的信号发生器，以得到电路所需要的测试信号。 为了得到各种我们所需要的频率，我们需要进行频率合成。常见的频率合成方式有三种：直接模拟频率合成（DAFS）、锁相频率合成（PLFS）和直接数字频率合成（DDS）[1]。其中直接数字频率合成（DDS）是三者之中最新的技术，它从相位的概念出发，以相位累加器为核心进行频率合成，具有响应快，输出频点多等优点。在本设计之中，我们将使用采用DDS技术的AD9850芯片。 除了AD9850芯片，我们还将使用一款当下十分流行的高性能、低功耗、低成本的单片机——STM32，以及一块128*64分辨率的屏幕，来完成一个能在0.1Hz-20MHz之间产生任意频率和幅值的正弦波和方波的信号发生器。这款信号发生器能将频率数值显示在屏幕上，利用外置按键我们可以输入想要的频率数据并应用于输出信号，调节外接电阻则可以改变输出幅值。 关键词：AD9850芯片；直接数字频率合成（DDS）；STM32；相位累加器 Abstract In electric and electronic experiments, a high-precision signal generator is usually needed for testing the circuit, which can generate any frequency in a certain range. To get the required frequency. frequency synthesis is indispensable. There are three common methods of frequency synthesis: Direct Analog Frequency Synthesis(DAFS)，Phase Locked Frequency Synthesis(PLFS) and Direct Digital Synthesis(DDS). DDS, which is based on phase, is the up-to-date technique. The core section of DDS is the phase accumulator, and it has the advantage of short response time and massive discrete frequency point. In this design, DDS chip AD9850 will be used. Except AD9850, a now very popular microcontroller STM32, which has characteristics of high performance, low power consumption and low cost, and a 128*64 LCD screen will also be used. The signal generator can be made by these components and it can generate sine wave and square wave of any amplitude and any frequency between 0.1Hz and 20MHz. The value of frequency, which can be modified by the key outside, will be showed on the LCD screen connected to STM32. The value of amplitude can be changed by the connected resistance. Keywords: chip AD9850; Direct Digital Synthesis(DDS); STM32; phase accumulator 第一章 绪论 1.1 课题研究背景及意义 信号发生器是电子、电气实验的一件重要器材，它能够输出各种频率、幅值以及一些典型波形（如正弦波、方波、三角波）的信号，以满足被测试电路对于信号的各种要求。 图1-1 常见信号发生器 随着电子科技的发展，对信号发生器的精度、频率特性和稳定性的要求越来越高，但同时工业上也希望同时能够以更低的成本完成更高的要求。目前，频率合成技术是信号发生器的主流设计方法[2], 即由一个或多个频率稳定度和精确度很高的参考信号源通过频率域的线性运算，产生众多与参考频率特性相近的新频率[3]。其中直接数字频率合成（DDS）是频率合成的一项新技术，于1971年由美国Joseph Tierney等3人首先提出[4],它响应快，频率分辨率高，理论上能够合成各种想要的波形，并且目前而言成本较低，非常适合用于信号发生器的设计。 美国ADI公司(Analog Devices, Inc)在制作DDS芯片处于行业领先地位，本设计将采用ADI公司的AD9850芯片，接入125MHz晶振时频率分辨率达到0.03Hz，可以输出正弦波，接入芯片内置比较器还可以输出方波，滤波后波形稳定不失真，可以满足平时实验中需求，并且与市场上的专业信号发生器相比，具有体积小，易于携带，只需电池供电，成本低等优点。 1.2 设计内容 本设计的核心器件可以分成四部分：控制模块，信号发生模块，显示模块，按键控制模块。控制模块即单片机模块用于整个电路的控制，是整个设计的“大脑”，而信号发生模块则接受单片机的控制，受指令产生相应频率和波形的信号，显示模块则实现了人机交互功能，让我们得知整个信号发生器的运行状态，便于我们利用按键控制模块对于发生的信号进行调整。 整个设计各模块之间的关系如下图所示。 图1-2 信号发生器的主要模块和相互作用 第二章 频率合成与DDS技术概述 2.1 频率合成技术概述 频率合成的定义为从一个或多个高稳定度、高精确度的参考频率产生众多新的频率。目前，这项技术广泛地应用于通信、雷达、仪器仪表等设备中[5]。 常见的频率合成方式主要有以下三种： ① 直接模拟频率合成（DAFS）； 这是最先出现的频率合成方式。这种合成方式是利用参考信号产生一系列谐波，然后从这些