基于AD7008信号发生器的设计【毕业设计】.doc

1、本科毕业论文（20 届）基于 AD7008 信号发生器的设计所在学院专业班级 电子信息科学与技术学生姓名指导教师完成日期目 录摘 要 . .1Abstract. .2前 言. .3第一章 绪 论 .41.1 国内外研究现状 .41.2 本课题的目的意义 .41.3 本课题的主要内容 .4第二章 系统总体方案设计 .62.1 系统的基本要求 .62.2 硬件系统模块设计 .62.3 软件系统设计 .6第三章 系统硬件电路设计 .73.1 单片机的选择 .73.2 单片机电路 .73.3 LCD 液晶显示模块 .83.4 AD7008 正弦波发生电路模块 .8第四章 系统软件设计 .124.1 系

2、统软件总体设计 .124.2 AD7008 初始化 .134.3 按键扫描 .134.4 按键响应 .144.5 LCD 液晶显示 .154.6 AD7008 正弦波输出 .164.6.1 AD7008 波形频率设置 .174.6.2 AD7008 波形幅度设置 .17第五章 调试结果 .195.1 调试内容 .195.2 调试结果 .195.3 调试过程中遇到的问题及解决 .22第六章 总结与展望 .236.1 总结 .236.2 展望 .23参考文献致谢附录1摘 要对于基于 AD7008 信号发生器的设计，本文介绍了 AD7008 芯片的内部结构及工作原理，设计了基于 STC12C5A60

3、S2 单片机和 AD7008 芯片信号发生器的软硬件设计方案。本文首先介绍了单片机的选择以及最小系统的电路，使其能用最少的元件组成的单片机可以正常工作的系统，其次，因为在而在本系统中，我们只用键盘来改变输出信号的频率及幅值，按键数量不多，所以按键选择采用的是独立式键盘。并且增加了 LCD 显示屏，使我们能更为直观、方便的改变频率，最后通过 AD7008 正弦波发生电路，使其能显示输出信号频率、单周期波形和输出幅度，并且采用 SMC1602A 液晶显示屏显示输出信号的频率，以此来验证输出的波形是否正确。本次设计频率范围为 0999.9KHz，步进为0.1KHz，测试结果的波形频率与 LCD 显示

4、频上的频率一致，并且波形稳定，可充当一些简易仪器的信号源。关键词：AD7008，STC12C5A60S2 ，调频，SMC1602A 作 者：陈禹洲指导教师：魏明2AbstractFor the design of signal generator based on AD7008, this paper introduces the internal structure and working principle of AD7008 chip, and design the signal generator based on STC12C5A60S2 microcontroller and AD

5、7008 chips hardware and software. First, this paper introduces the circuit of single chip selection and the minimum system, makes it can be composed with the least element of single-chip system. Second, because of in this system, we use the keyboard to change the frequency and amplitude of the outpu

6、t signal, and the number of keys is not too much, so the key selection is used in independent type keyboard. And increase LCD display screen, so that we can more intuitive and convenient change frequency, and finally generate sine wave through the AD7008 circuit, so that it can display the output si

7、gnal frequency, single cycle waveforms, the output amplitude, and adopts SMC1602A liquid crystal display screen to display the output signal frequency, in order to verify that the output waveform is correct. The design of the frequency range of 0999.9KHz, step 0.1KHz, wave frequency and the results

8、of LCD test showed the same frequency, and the waveform is stable, it can be used as signal source for some simple instrument. Keywords: AD7008; STC12C5A60S2; frequency modulation; SMC1602AWritten by Chen yuzhouSupervised by Wei ming3前 言随着通信、电子、微电子技术的发展，针对各种信号发生器和测试仪的要求也随之越来越多，我国的数字信号发生器也紧跟着世界的步伐，发展

9、也越来越快，并且在通信、影视、雷达、无线电导航等领域得到了广泛的应用。DDS 是直接数字式频率合成器的简称，它是一种把数字形式的信号通过 D/A 转换器转换成模拟量形式的新的频率合成技术，它刚被提出的时候在 1971 年，但是碍于工业水平，所以只是进行了理论上的一些探讨，并没有在实际中得到应用。而随着科技的发展，我们的工业水平也越来越高，所以当时对于 DDS 的探讨由理论逐渐转为实际操作，并且还发现了许多 DDS 技术的另外一些优点，比如：极高的频率分辨率和可调制输出信号。随着技术水平的不断提高，此类的芯片也越来越完善，逐渐的被越来越多的人拿来做科研等项目，由于 DDS 专用芯片广泛的得到应用

10、，将来此类芯片也会被更多的人完善，使得我们能更为简单的产生与调制信号。AD 公司生产的 DDS 芯片 AD7008 是应用较为广泛的一种，其时钟频率为2050MHz，能实现频率、幅度和相位精调，为数字式调制，具有调幅、调频和调相的功能，它的时钟频率是 20MHz50MHz。本设计中，首先选择单片机STC12C5A60S2，运用单片机的最小系统，组成最小系统电路，然后用STC12C5A60S2 单片机控制 AD7008 芯片，因需要按键调节频率，所以按键消抖函数是软件消抖，再用按键调节频率的情况下用 LCD1602 显示屏将频率显示出来，调节好之后，最后将波形在示波器上显现出来。本设计在一些信号

11、源要求不高的场合下一般可以满足要求。4第一章 绪 论1.1 国内外研究现状随着数字电子技术 1紧跟着时代的步伐，直接数字频率合成器 2也随着电子技术的深入研究而得到了迅速的发展，它迅速被广泛的应用在电子领域中，它优越的性能以及特点也迅速的被广泛的接受。它同 DSP 一样，都是现代数字化的一项关键技术 DDS。它因具有高分辨率、高稳定性、低功耗等优点，被广泛的应用在电子领域中。因此，从 20世纪 80 年代以来，各国都在发展和研制自己的 DDS 技术产品，比较典型的一种芯片便是 AD7008 芯片 3。我国的数字信号发生器也随之发展的较为迅速，但是国内生产的数字频率合成器，与同类型的国外产品，差

12、距还是比较巨大，技术指标也有较大的差距。并且，一些 DDS 芯片还具有调频、调幅、调相等功能。 DDS 现已在通讯、无线电导航、雷达、影视、无线电遥控遥测等领域广泛的得到应用。1.2 本课题的目的意义随着电子领域的迅猛发展，单一的频率源早就已经不能跟上时代的脚步。因为在电子测量、通信系统、科研等领域中，对信号发生器的要求越来越高，信号发生器必须具备着调幅、调频和调相等功能，并且频率的稳定性要高，转换速度要快。所以开始发展新的频率合成技术，而随着对电子领域的不断探索与发现，DDS（直接数字频率合成）逐渐的进入人们的视野，它的优点有很多，所以 DDS 的应用也越来越广泛。而要想DDS 芯片在以上这

13、些性能上有明显的提高，要么是发展生产工艺，设计出更加先进的、更为完善的芯片，要么就是对已有的芯片，在外围设计出更加完善的抗干扰电路。DDS芯片 AD7008 的频率分辨率高，稳定度好，并且它的输出相位连续，综合考虑，最终选择 AD7008 芯片作为信号发生器的主要芯片，最终的信号发生器可以实现输出信号稳定，可用键盘输入相位和频率，并且可靠性高，操作简单，成本也要较低。1.3 本课题的主要内容如今，随着电子领域的飞速发展，信号发生器作为最基本的信号源，也要与时俱进，并且向着体积小，功耗低的方向发展。但这些都是最基本的功能，信号发生器必须还要具备着频率分辨率高，转化速度快，稳定度高等特点，才能达到

14、用户的一些要求，所以5必须在技术手段上有新的突破，才能是仪器产生的信号源具有以上的这些优点。综合考虑，本文选用已有的 DDS 芯片 AD7008 来设计高性能的直接数字式频率合成器。本课题主要利用 LCD16024液晶显示屏，AD7008 芯片，单片机STC12C5A60S25系列三个主要部分组合而成。首先对 AD7008 的频率寄存器进行频率设置，再对其 20 位的正交幅度调制寄存器进行幅度设置，然后由单片机将频率控制字输送给芯片 AD7008，经过 D/A 转换器，在输出端口便可得到所需要的正弦波。课题实施主要分为：资料收集及当前研究现状分析、系统总体方案设计、系统硬件电路设计、系统软件设

15、计、实验与检查波形等几个阶段。6第二章 系统总体方案设计2.1 系统的基本要求基于 AD7008 信号发生器的设计模块包括：单片机主控模块 6、按键电路模块、LCD 液晶显示模块、AD7008 正弦波发生电路模块 7，另外还包括电源开关模块以及蜂鸣器电路模块。通过开发平台 keil 软件，运用 C 语言编辑程序 8，使其能正确的产生可调正弦波波形，并且通过 LCD 液晶显示屏将频率显示出来 9。2.2 硬件系统模块设计图 2-1 系统结构图2.3 软件系统设计本系统的软件设计首先进行系统、AD7008 等模块的初始化，然后执行主循环：按键扫描、按键响应、波形输出、LCD 显示 10和播放按键音

16、函数，等待定时器 5 毫秒时间标志，时间到来就执行一次主循环。频率设置 幅度设置S T C 1 2 C 5 A 6 0 S 2信号发生器A D 7 0 0 8D / A 转换器输出7第三章 系统硬件电路设计3.1 单片机的选择经查询资料，发现有两种单片机系列符合要求，即 STC12C5A60S2 和 51 系列的单片机。它们的功能基本一致，但 STC12C5A60S2 运算速度快，相比于传统的 51 单片机，它的指令运行速度快了 812 倍，并且功耗更低，存储空间大，因其内部有专用的复位电路，所以它的外部复位电路可有可无，它的工作频率范围是 035MHz，且具有双串口URAT，内部集成 EEPROM 功能，集成 8 路 10 位精度的 ADC 转换器。所以最终本设计选择的是 STC12C5A60S2 单片机。3.2 单片机电路下图便是本设计中单片机接线图，其中使用晶振电路是为了让单片机在稳定的工作环境下工作。本系统由 STC12C5A60S2 单片机组成的最小系统电路图如图 3.2 所示。图 3.2 STC12C5A60S2 单片机最小系统