基于单片机的交流信号源的设计毕业设计(50页).doc

-基于单片机的交流信号源的设计毕业设计-第 49 页基于单片机的交流信号源的设计范 鹏 兴（陕理工机械工程学院机自专业 087班，陕西 汉中 723003）指导教师：王长乾摘要 本设计使用51单片机对DDS芯片进行控制，利用DDS造波的方法产生需要的正弦信号.用户可以根据需要对芯片设定一个频率值或相位值,通过单片机传输芯片控制字对芯片输出的频率和相位进行调节,达到用户所要求的信号。本设计采用模块化设计的方法，不同的模块为实现不同的功能而设计，总体由单片机控制协调工作。利用51单片机控制DDS芯片造波，具有如下优越性：1.造价低廉。51系列单片机应用广泛，价格低廉，比较容易购买，DDS芯片价格较单片机稍高，但与价格成百上千的成品信号发生器相比，本设计经济优势显著。2.电路简单。本设计利用单片机进行数字化控制，外围元件较少，仅需辅以少量的阻容元件用于电流电压匹配控制以及滤波电路既可。3.频率控制准确高效。数字化控制的最大优点即控制准确。本设计选用的DDS芯片内置32位高速数模转换器，分辨率高，响应快。关键词 51单片机；DDS造波；频率; The Design of Sinusoidal Signal Generator Based on SinglechipFan Pengxing (Grade 08,Class 7,Major mechanical engineering，Mechanical engineering and automation Dept.，Shaanxi University of Technology，Hanzhong 723000，Shaanxi)Tutor: Wang ChangqianAbstract: The design use 51series singlechip to control DDS chips working. Using DDS method to produce sine signal. The user can set a frequency or phase value freely.To achieve the user request signal,the singlechip need sending a control word to DDS chip,which determines the frequency and phase values. This design uses the modular design method, different modules designed for different functions.Singlechip responsible for coordination of all work.The benefits of DDS method to produce sine signal as follows:1.low cost. The 51 seriessinglechips application are range,so they have low price and are easy to purchase.The price of DDS chip is slightly higher than singlechip.but to compare with the commodity signal generator which values hundreds even thousands,the advantages of this design is obvious.2.Simple circuit.Benefits which digital control takes is Peripheral element is less.Its only need a few capacitance and resistance element for crrent and voltage matching and filter.3. Frequency control is accurate and efficient. Frequency control is accurate and efficient.This design using DDS chip with 32 bit high speed D/A converter,which has a high resolution, fast response.Key words: 51 singlechip;DDS method to produce signal; Frequency;毕业设计（论文）原创性声明和使用授权说明原创性声明本人郑重承诺：所呈交的毕业设计（论文），是我个人在指导教师的指导下进行的研究工作及取得的成果。尽我所知，除文中特别加以标注和致谢的地方外，不包含其他人或组织已经发表或公布过的研究成果，也不包含我为获得 及其它教育机构的学位或学历而使用过的材料。对本研究提供过帮助和做出过贡献的个人或集体，均已在文中作了明确的说明并表示了谢意。作 者 签 名： 日 期： 指导教师签名： 日期： 使用授权说明本人完全了解 大学关于收集、保存、使用毕业设计（论文）的规定，即：按照学校要求提交毕业设计（论文）的印刷本和电子版本；学校有权保存毕业设计（论文）的印刷本和电子版，并提供目录检索与阅览服务；学校可以采用影印、缩印、数字化或其它复制手段保存论文；在不以赢利为目的前提下，学校可以公布论文的部分或全部内容。作者签名： 日 期： 学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的论文是本人在导师的指导下独立进行研究所取得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写的成果作品。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承担。作者签名： 日期： 年 月 日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权 大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。涉密论文按学校规定处理。作者签名：日期： 年 月 日导师签名： 日期： 年 月 日目录The Design of Sinusoidal Signal Generator Based on Singlechip1引言51 绪论61.1单片机在函数信号发生器中的应用61.2发展现状61.3项目可行性研究61.4设计任务和要求72.方案及工作原理72.1方案设计72.1.1方案一72.1.2 方案二72.1.3 方案三72.1.4 方案四72.2 DDS工作原理82.3 DDS移相原理83.电路设计93.1设计思路93.2元件选型93.3系统总体框图93.4 STC89C52RC单片机103.5 AD9850芯片113.5.1 AD9850芯片简介113.5.2 AD9850工作方式介绍123.5.3相位控制字的计算123.6 1602LCD显示屏133.6.1液晶概述133.6.2接口信号说明133.6.3 1602地址说明143.6.4 1602指令码说明143.6.5 1602LCD写操作时序图143.7低通滤波器的设计153.7.1低通滤波器153.7.2低通滤波器的选型153.7.3低通滤波器的设计153.8总电路原理图173.9硬件调试173.10参数测量及误差分析213.10.1参数测量213.10.2误差分析214.软件设计224.1主程序流程图224.2源程序23总结24致谢25参考文献26附录27附录A：文献原文27附录B：外文文献翻译；34附录C：电路原理图41附录D：元器件清单表。43附录E：源程序44引言随着数字电子技术的发展正弦信号发生器作为电子技术领域中最基本的电子仪器，广泛应用于航空航天测控、通信系统、电子对抗、电子测量、科研等各个领域中。随着电子信息技术的发展，对其性能的要求也越来越高，如要求频率稳定性高、转换速度快，具有调幅、调频、调相等功能，另外还经常需要两路正弦信号不仅具有相同的频率，同时要有确定的相位差。随着数字信号处理和集成电路技术的发展，直接数字频率合成（DDS）的应用也越来越广泛。直接数字频率合成是一种新的频率合成技术和信号产生的方法，具有超高速的频率转换时间、极高的频率分辨率分辨率和较低的相位噪声，在频率改变与调频时，DDS能够保持相位的连续，因此很容易实现频率、相位和幅度调制。此外，DDS技术大部分是基于数字电路技术的，具有可编程控制的突出优点。因此，这种信号产生技术得到了越来越广泛的应用，很多厂家已经生产出了DDS专用芯片，这种器件成为当今电子系统及设各中频率源的首选器件。本课题的目的就是依据DDS原理，利用DDS芯片设计出一个能随意调节频率和相位值得正弦信号发生器。1 绪论1.1单片机在函数信号发生器中的应用在当今电子领域尤其是自动化智能控制及检测领域，传统的分立元件或数字逻辑电路构成的控制系统，正以逐步被单片机控制系统所取代。单片机具有体积小、功能强、成本低、应用面广（在各种仪器仪表生产单位、石油、化工、纺织、机械加工等各个行业中都有广泛应用）等优点，可以说智能控制与自动控制的核心就是单片机。学习单片机最有效的方法就是理论与实践并重，毕业设计就为我们提供了这样一个合适的平台。基于单片机的正弦信号发生器的设计，该课题的设计目的就是让我充分运用大学期间所学专业知识，结合动手实践的能力，完成一个有实际意义的、有实用性的作品。通过对作品设计，提高单片的应用能力。本设计中，单片机担任着举足轻重的任务，它是整个系统的大脑和核心，其他各分立模块均由单片机分管掌控，协调工作。如单片机不但要负责键盘按键输入的检测，而且要负责显示屏实时信息的输出，更要按照用户的要求及时的将工作命令发送到DDS芯片中去。1.2发展现状信号发生器是一种历史悠久的测量仪器。早在二十年代当电子设备刚开始出现时它就出现了。随着通信和雷达技术的发展四十年代出现了主要用于测试各种接收机的标准信号发生器使信号发生器从定性分析的测试仪器成为定量分析的测量仪器。同时还出现了可用来测试脉冲电路或用作脉冲调制器的脉冲信号发生器。由于早期的信号发生器机械结构比较复杂功率比较大电路比较简单 与数字仪器、示波器等相比因此发展速度较慢。直到1964年才出现了第一台全晶体管的信号发生器。 自六十年代以来信号发生器有了迅速的发展出现了函数发生器、扫频信号发生器、合成信号发生器、程控信号发生器等新种类。各类信号发生器的主要性能指标也都有了大幅度的提高同时在简化机械结构、小型化、多功能等各方面也有了显著的进展。信号发生器的应用非常广泛，种类也相当繁多。首先，信号发生器可以分为通用和专用两大类。专用信号发生器主要是为了某种特殊的测量目的而研制的，如电视信号发生器、编码脉冲信号发生器等。这种发生器的特性是受测量对象的要求所制约的。其次，信号发生器按输出波形又可分为正弦波形发生器、脉冲信号发生器、函数发生器和任意波形发生器等。再次，按其产生频率的方法又可分为谐振法和合成法两种。一般传统的信号发生器都采用谐振法，即用具有频率选择性的回路来产生正弦振荡，获得所需频率。但也可以通过频率合成技术来获得所需的频率，利用频率合成技术制成的信号发生器，通常被称为合成信号发生器。目前国内生产的波形发生器大部分是利用分立元件及模拟集成电路构成的转换量程靠手动来实现不仅体积大而且可靠性和准确度很难进一步提高。1.3项目可行性研究基于单片机的信号发生器的设计，将采用单片机控制DDS芯片的方法来实现正弦波的发生，在有余力的基础上尽可能的实现锯齿波、矩形波。根据设计的要求，可以使用多种方案完成造波过程。函数信号发生器电路中使用的器件可以是分立器件，也可以是集成器件。产生的正弦波，可以通过整形电路将正弦转化为方波，经过积分电路将其变为三角波。也可以先产生三角波，再将三角波或方波转化为正弦波。随着电子技术的发展，新的材料层出不穷，开发信号发生器，方案及器件的可选择行多种多样。所以，从技术上讲，项目是可行的。1.4设计任务和要求尽可能利用DDS造波方法实现正弦信号的产生，如果实现基本功能后可增加其他波形信号的产生。2.方案及工作原理2.1方案设计2.1.1方案一用分立元件组成的函数发生器。分立器件是相对于集成芯片而言的。随着科学技术的不断发展，人们渐渐步入电子时代，分立器件也被也被广泛应用到消费电子、计算机及外设、网络通信，汽车电子、led显示平等领域。它包括：半导体二极管、半导体三极管、电容、电阻、逻辑器件、传感器、敏感器件以及装好的压电晶体类似半导体器件等。 用分立器件组成的函数信号发生器通常机构简单、成本较低。但是由于元器件的分散性及环境条件的改变等因素，致使波形频率产生偏差，它通常是单函数发生器且平率不高，其工作不很稳定，不易调试。2.1.2 方案二用晶体管、运放IC等通用器件制作的函数信号发生器。函数信号发生器可以由晶体管、运放IC等通用器件制作，更多的则是用专门的函数ixnhao发生器IC产生。早期的函数信号发生器IC，如L8038、BA205、XR2207、/209等，它们的功能较少，精度不高，频率上限只有300kHz，无法产生更高的频率信号，调节方式也不够灵活，频率和占空比不能独立调节，二者互相影响。 由于用通用器件制作的函数信号发生器同样具有频率不高的缺点，因此，在本论文设计中，此种方案也不宜采用。2.1.3 方案三采用DAC0832通过查表得方式输出需要的波形，通过单片机定时向DAC转化器发送转换数据，实现不同的幅值和频率的输出。这种方法能够实现各种需要的波形的输出，成本也不高，只是在扩展外设的时候浪费了大量的接口，以后的系统扩展可能会有影响。2.1.4 方案四利用专用直接数字合成DDS芯片制作的函数信号发生器。DDS有如下优点：（1）频率分辨率高，输出频点多，可达多个频点（N为相位累加器位数）;(2)频率切换速度快，可达us量级；（3）频率切换时相位连续；（4）可以输出宽带正交信号；（5）输出相位噪声低，对参数频率源的相位噪声有改善作用；可以产生任意波形；（7）全数字化实现便于集成，体积小，重量轻。DDS芯片的时钟频率从几十兆赫兹到几百赫兹不等，芯片从一般功能到集成有D/A转换器和正交调制器。DDS有上述诸多优点，而且利用直接数字合成DDS芯片实现的函数信号发生器能够产生任意波形并达到很高的频率，克服了方案一、方案二的多数缺点，故本设计采用方案四。2.2 DDS工作原理直接数字频率合成器（DDFS）的基本原理：DDS是利用采样定理，根据相位间隔对正弦信号进行取样、量化、编码，然后储存在EPROM中构成一个正弦查询表，通过查表法产生波形。它是由参考时钟、相位累加器、正弦查询表和DA转换器组成，如图2.2所示。图2.1 直接数字频率合成原理框图相位累加器由N位加法器与N位累加寄存器级联构成，其原理框图如图2.2所示。每来一个时钟脉冲Fc，N位加法器将频率控制数据K与累加寄存器输出的累加相位数据相加，把相加后的结果Y送至累加寄存器的输入端。累加寄存器一方面将在上一时钟周期作用后所产生的新的相位数据反馈到加法器的输入端，以使加法器在下一时钟的作用下继续与频率控制数据K相加；另一方面以相加后的结果形成正弦查询表的地址,取出表中与该相位对应的单元中的幅度量化正弦函数值，作为取样地址值送入幅度/相位转换电路（即图2.1中的波形存储器）。这样就可把存储在波形存储器内的波形抽样值(二进制编码)经查找表查出，完成相位到幅值转换。波形存储器的输出送到D/A转换器，D/A转换器将数字量形式的波形幅值转换成所要求合成频率的模拟量形式信号。图2.2 相位累加原理框图由此可以看出，相位累加器在每一个时钟脉冲输入时，把频率控制字累加一次，相位累加器输出的数据就是合成信号的相位。当相位累加器加满量时就会产生一次溢出，溢出频率就是DDS输出的信号频率。相位累加器的最大计数长度与正弦查询表中所存储的相位分隔点数相同，在取样频率(由参考时钟频率决定)不变的情况下，由于相位累加器的相位增量不同，将导致一周期内的取样点数不同，输出信号的频率也相应变化。如果设定累加器的初始相位，则可以对输出信号进行相位控制。由采样原理可知，如果使用两个相同的频率合成器，并使其参考时钟相同，同时设定相同的频率控制字、不同的初始相位，那么在原理上就可以实现输出两路具有一定相位差的同频信号。2.3 DDS移相原理所谓移相是指两路同频的信号，以其中的一路为参考，另一路相对于该参考作超前或滞后的移动，即称为相位的移动。两路信号的相位不同，便存在相位差，简称相差。若我们将一个信号周期看作是360°，则相差的范围就在0°360°之间。例如在图2.3中，以A信号为参考，B信号相对于A信号作滞后移相°，则称A超前B°，或称B滞后A°。图2.3 移相示意图若输出信号A和B的相位差可调，须保证两路信号同步，故应满足以下条件：(1)输入到两个频率合成器芯片的参考时钟之间的相位偏移要足够小。这个相移会导致输出信号之间产生与之成比例的相移。(2)频率控制字送到频率合成器的数据缓冲区后，还必须通过一个更新时钟才能将数据缓冲区中的数据送到相位累加器，成为有效数据后进行输出。3.电路设计3.1设计思路根据毕业设计要求，以及方案的比较结果，拟采用DDS芯片实现设计内容。本设计采用模块化思想，即将不同功能器件分别做成不同模块，以排线进行连接。根据功能要求，共分为四大模块：输入模块、输出模块、造波模块和控制模块。其中输入模块为矩阵键盘，输出模块为LCD1602液晶显示器。输入与输出模块体积较小，焊接在同一块电路板上，但分有不同数据接口，相互独立。造波模块由DDS芯片及其外围电路以及一个低通滤波器组成。控制模块由单片机、晶振电路和复位电路以及电源开关、指示灯构成单片机最小系统板。3.2元件选型元件选型的原则是在能够完成毕业设计要求的前提下本着“经济、实惠、够用就行”的原则进行。单片机选用STC公司生产的STC89C52RC单片机。DDS芯片选用AD公司生产的AD9850芯片。矩阵键盘则采用弹性小按键自行焊制。3.3系统总体框图本系统结构为以单片机为核心，三大功能模块为主干。总体框图见下：LCD键盘 STC89C52AD9850图3.1 系统总体设计框图3.4 STC89C52RC单片机STC89C52是一个低电压，高性能CMOS 8位单片机，片内含8k bytes的可反复擦写的Flash只读程序存储器和256 bytes的随机存取数据存储器（RAM），器件采用ATMEL公司的高密度、非易失性存储技术生产，兼容标准MCS-51指令系统，片内置通用8位中央处理器和Flash存储单元，STC89C52单片机在电子行业中有着广泛的应用。STC89C52单片机主要特性：1、兼容MCS51指令系统 2、8k可反复擦写(大于1000次）Flash ROM； 3、32个双向I/O口； 4、256x8bit内部RAM； 5、3个16位可编程定时/计数器中断； 6、时钟频率0-24MHz； 7、2个串行中断，可编程UART串行通道； 8、2个外部中断源，共8个中断源； 9、2个读写中断口线，3级加密位； 10、低功耗空闲和掉电模式，软件设置睡眠和唤醒功能； 11、有PDIP、PQFP、TQFP及PLCC等几种封装形式，以适应不同产品的需求。STC89C51中有一个用于构成内部振荡器的高增益反相放大器，引脚XTAL1和XTAL2分别是该放大器的输入端和输出端。这个放大器与作为反馈元件的片外石英晶休或陶瓷谐振器一起构成自激振荡器。外接石英晶体(或陶瓷诺振器)及电容C1, C2接在放大器的反馈回路中构成并联振荡电路。对外接电容C1, C2虽然没有十分严格的要求，但电容容量的大小会轻微影响振荡频率的高低、振荡器工作的稳定性、起振的难易程序及温度稳定性，这里选择使用石英晶休，我们的电容使用30pF。如使用陶瓷谐振器的话，应选择40pF士10pF的容值的电容。也可以采用外部时钟。采用外部时钟的电路的情况时，外部时钟脉冲接到XTAL1端，即内部时钟发生器的输入端，XTAL2则悬空。管脚说明。图3.2所示：图3.2 STC89C52管脚分布1、主电源引脚（2根）VCC(Pin40)：电源输入，接5V电源GND(Pin20)：接地线2、外接晶振引脚（2根）XTAL1(Pin19)：片内振荡电路的输入端XTAL2(Pin20)：片内振荡电路的输出端3、控制引脚（4根）RST/VPP(Pin9)：复位引脚，引脚上出现2个机器周期的高电平将使单片机复位。ALE/PROG(Pin30)：地址锁存允许信号PSEN(Pin29)：外部存储器读选通信号EA/VPP(Pin31)：程序存储器的内外部选通，接低电平从外部程序存储器读指令，如果接高电则从内部程序存储器读指令。 4、可编程输入/输出引脚（32根） AT89S51单片机有4组8位的可编程I/O口，分别位P0、P1、P2、P3口，每个口有8位（8根引脚），共32根。每一根引脚都可以编程。 PO口（Pin39Pin32）：8位双向I/O口线，名称为P0.0P0.7 P1口（Pin1Pin8）：8位准双向I/O口线，名称为P1.0P1.7 P2口（Pin21Pin28）：8位准双向I/O口线，名称为P2.0P2.7 P3口（Pin10Pin17）：8位准双向I/O口线，名称为P3.0P3.73.5 AD9850芯片3.5.1 AD9850芯片简介AD9850 是AD 公司采用先进的DDS 技术于1996 年推出的高集成度DDS频率合成器，它内部包括可编程DDS系统、高性能DAC及高速比较器，能实现全数字编程控制的频率合成器和时钟发生器。接上精密时钟源，AD9850 可产生一个频谱纯净、频率和相位都可编程控制的模拟正弦波输出。此正弦波可直接用作频率信号源或转换成方波用作时钟输出。AD9850 采用先进的CMOS 工艺, 其功耗在3.3V 供电时仅为155mW,温度范围为-4085, 采用28 脚SSOP 表面封装形式。其管脚功能如图4-5所示。图 4-6是一个完整的可编程DDS系统,包含了AD9850的主要组成部分。AD9850内含可编程DDS系统和高速比较器,能实现全数字编程控制的频率合成。可编程DDS系统的核心是相位累加器, 它由一个加法器和一个N位相位寄存器组成，N为32；每来一个外部参考时钟,相位寄存器便以步长M递加；相位寄存器的输出与相位控制字相加后可输入到正弦查询表地址上；正弦查询表包含一个正弦波周期的数字幅度信息, 每一个地址对应正弦波中 0°360°范围的一个相位点；查询表把输入地址的相位信息映射成正弦波幅度信号, 然后驱动DAC 以输出模拟量。图3.3 AD9850芯片管脚图相位寄存器每过2/M个外部参考时钟后返回到初始状态一次, 相应地正弦查询表每经过一个循环也回到初始位置, 从而使整个DDS系统输出一个正弦波。输出的正弦波周期= 2/M，频率= Mfc/2 ，、分别为外部参考时钟的周期和频率。AD9850采用32位的相位累加器将信号截断成14 位输入到正弦查询表,查询表的输出再被截断成10 位后输入到DAC， DAC输出两个互补的电流。DAC满量程输出电流通过一个外接电阻RSET调节, 调节关系为= 32(1.248V/ RSET) , RSET的典型值是3.9k。AD9850在接上精密时钟源和写入频率相位控制字之后就可产生一个频率和相位都可编程控制的模拟正弦波输出, 此正弦波可直接用作频率信号源或经内部的高速比较器转换为方波输出。在125MHz 的时钟下, 32位的频率控制字可使AD9850 的输出频率分辨率达0.0291Hz。3.5.2 AD9850工作方式介绍AD9850 的控制字有40 位,其中32 位是频率控制位,5 位是相位控制位,1 位是电源休眠控制位,2 位是工作方式选择控制位。在应用中,工作方式选择位设为00 ,因为01 ,10 ,11 已经预留作为工厂测试用。相位控制位按增量180°,90°,45°,22. 5°,11. 25°或这些组合来调整。频率控制位可通过下式计算得到： = (×W) / 2 其中: 要输出的频率值; 为参考时钟频率;W 为相应的十进制频率控制字, 然后转换为十六进制即可。3.5.3相位控制字的计算AD9850中有5 bit用于相位控制。因此，相位控制的精度为360°/2=11.25°，用二进制表示为00001，根据实际需要，设置不同的相位控制字就可以实现精确的相位控制。AD9850 有串行和并行两种控制命令字写入方式。图3.4是控制字并行输入的时序图。并行输入方式下，在W_CLK的上升沿装入8位数据，并把指针指向下一个输入寄存器，连续5个W_CLK上升沿后，W_CLK的边沿不再起作用，直到复位信号或FQ_UD上升沿把地址指针复位到第一个寄存器。在FQ_UD的上升沿把40位数据从输入寄存器装入到频率/相位数据寄存器(更新DDS输出频率和相位)。串行输入方式下，在W_CLK的上升沿把一位数据串行移入，当移动40位后，FQ_UD的上升沿即可更新输出频率和相位。但是要注意的是,此时数据输入端的三个管脚不可悬空,其中D0 ,D1 脚接高电平,D2 脚要接地。图3.5是相应的控制字串行输入的控制时序图。图3.4 控制字并行输入时序图图3.5 控制字串行输入时序图图3.6 AD9850结构3.6 1602LCD显示屏3.6.1液晶概述液晶显示器（LCD）的主要原理是以电流刺激液晶分子产生点、线、面并配合背部灯管构成画面。各种液晶显示器简称液晶。不能显示汉字的液晶命名规则是以点阵的列数和行数来命名的。如本设计使用的1602LCD的意思是每行显示16个字符，共有2行。可以显示汉字的液晶称为图形液晶，图形液晶是以点阵的数目命名的，每个点都可以单独控制。例如12232代表该液晶有122行，32列的点阵。1602LCD内置含128个字符的ASCII字符集字库，显示控制用ASCII码即可。3.6.2接口信号说明1602液晶接口信号说明如表3.1所示。编号符号引脚说明编号符号引脚说明1VSS电源地9D2数据口2VDD电源正极10D3数据口3VO液晶显示对比度调节11D4数据口4RS数据/命令选择（H/L）12D5数据口5R/W读/写选择(H/L)13D6数据口6E使能信号14D7数据口7D0数据口15BLA背光电源正极8D1数据口16BLK背光电源负极表3.1 1602液晶接口信号说明3.6.3 1602地址说明1602LC地址说明表如下。当向直接显示区写入数据时，液晶可立即显示出来，当向缓存显示区写入数据时，液晶不直接显示，但可通过移屏指令使其显示出来。直接显示区缓存显示区第一行80H8FH90HA7H第二行C0HCFHD0HE7表3.2 1602LCD地址说明表3.6.4 1602指令码说明1602LCD指令说明如下表功 能00000001清屏：1.数据指针清零 2.所有显示清零00000002回车：数据指针清零00111000设置16x2显示，5x7点阵，8位并行数据接口00001DCBD=1开显示；D=0关显示C=1显示光标；C=0不显示光标B=1光标闪烁；B=0光标不闪烁000001NSN=1当读或写一个字符后地址指针加1，且光标加1N=0当读或写一个字符后地址指针减1，且光标减1S=1当写一个字符时，整屏移动，以得到光标不动而屏幕移动的效果S=0，当写一个字时，整屏不移动表3.3 1602LCD指令表3.6.5 1602LCD写操作时序图由于液晶显示屏为输出设备，故不需要从中读取数据，本设计只涉及写操作，未涉及读操作，故只列出写操作时序图如下。图3.7 1602LCD写操作时序图3.7低通滤波器的设计3.7.1低通滤波器由于DDS本身的工作机制，导致了其输出信号中必然含有大量的杂散谱线，且输出波形呈阶梯状。为去除此杂波并使输出波形平滑，故需设计无源滤波器以滤去高次谐波。3.7.2低通滤波器的选型设计时一般可用一个可实现的衰减来逼近理想特性，且应使衰减的变化处在所规定的容限之内，根据不同的逼近原则和衰减特性，可选择不同响应的滤波器。低通滤波器的响应主要有三种：巴特沃斯滤波器、切比雪夫滤波器、椭圆函数滤波器。其中巴特沃斯滤波器的响应最为平坦，它的通带内没有波纹且在靠近零频处有最平坦的通带，而在趋向阻带时衰减单调增大，缺点是从通带到阻带的过渡带很宽，对于带外干扰信号的衰减作用很弱，过度带不够陡峭。切比雪夫滤波器可在通带内衰减到零值，并可在一个上限值之间做等起伏的变化，阻带内衰减单调增大，带内有欺负，但过度带也比较陡峭。综合椭圆函数滤波器不仅通带内有起伏，阻带内也有起伏，而且过渡带也比较陡峭。综合比较起来，椭圆函数滤波器性能更好。因此，本设计采用椭圆函数滤波器。由于本设计中DDS芯片输出未发挥到极限频率，故芯片整体输出失真较小，波形完好。滤波器的用途以消除高次谐波为主，相应指标要求并不严格。参考其他资料中DDS低通滤波器的设计，本滤波器设计指标规定如下：通带频率阻带频率通带内波纹滤波器阶数输入阻抗输出阻抗12MHz13.2MHz0.1dB6阶200欧200欧表3.4 椭圆函数低通滤波器参数3.7.3低通滤波器的设计使用传统的滤波器设计方法需要大量的计算和查表，比较费时费力。故本设计采用软件设计的方法，使用filter solution软件，由计算机进行相关参数的计算，最后做出频率响应仿真图和滤波器电路原理图即可。Filter solution是一款由外国软件工程师编写的小型低通滤波器设计软件，该软件将各种滤波器设计所需的表格数据及计算公式编入软件，使用时只需选择滤波器类型并输入参数值即可得到频率响应图和多种电路设计图，操作简单，界面友好。安装完成filter solution软件后，双击图标进入软件，界面如下：图3.8 filter solution界面此时只需在滤波器类型一栏里选择椭圆滤波器，阶数一栏里填写6阶，通带波纹填写0.1dB，通带频率填写12MHz，然后在阻带选项栏里选择阻带频率即可，其他设置均为默认，不用更改。最后在外部电路选项里勾选电流源选型，填写源电阻和负载电阻值均为200欧即可。点击电路，就会出现若干电路原理图供选。每一个电路原理图都是正确的，但最好优先选择电感少的电路。因为电感相比电阻电容的精度较低，会影响整个滤波器的性能。点击响应一栏里的频率响应按键，就会仿真出频率响应曲线。本设计采用的电路原理图如下：图3.9 六阶椭圆函数滤波器电路原理图频率响应仿真图如下：图3.10 频率响应仿真图3.8总电路原理图总电路原理图如下见【附录B】3.9硬件调试将元器件按照电路原理图焊接于个模块实验板上。焊接完成后，接通电源。首先检查各指示灯是否亮起，再用万用表测量各Vcc、GND电平是否正常，然后用示波器检查各晶振电路是否奇珍。仔细触摸各个芯片，检查有无过度发热情况。一切检查完成后，测试单片机复位电路是否工作良好。整体实物硬件电路图如下：图3.11实物硬件电路图连接示波器后，随机选取小、中、大三个频率进行测试，检测是否能稳定输出用户要求的波形。本设计测试频率分选100Hz、123456Hz、12MHz三个值，测试结果如下：图3.12 100Hz示波器测试结果图3.13 123456Hz示波器测试结果图3.14 12MHz示波器测试结果3.10参数测量及误差分析3.10.1参数测量本设计软件与硬件关系不是十分紧密，故在完成硬件及软件调试后，联调难度不大。测试中，三个测试点误差情况见下表：预置频率输出频率误差100Hz123456Hz12MHz表3.5 测试点测试参数情况3.10.2误差分析经分析，误差来源主要有以下几点：1.示波器本身在测量上存在误差。2.DDS参考时钟芯片晶振误差。3.由于布线非专业布线，未考虑到布线对信号的影响，且手工焊接质量难以保证，故此造成杂波频率叠加也会影响频率值精度。4.软件设计4.1主程序流程图开始初始化程序要求用户输入频率判断是否有键按下否是判断按键值按下取消按下0-9数字键记录按键数值显示按键数值询问用户是否确定此值判断是否有键按下否判断按键值按下取消要求用户选择相位值判断是否有键按下否显示频率、相位值确认向DDS芯片发送频率控制字完成图4.1 主程序流程图4.2源程序源程序的编写亦采用模块化思想，全部采用在主程序中调用子程序的办法编写。并将子程序写于头文件之中。这样做的好处是，使主程序简介易懂，并且程序的修改、调试都比较方便。由于源程序比较冗长，故此不详述，参看附录【源程序】。总结毕业设计师培英学生综合运用所学知识，发现，提出，分析和解决实际问题，锻炼实践能力的重要环节，是对学生实际工作能力的具体训练和考察过程。随着科学技术的发展日新月异，单片机已经成为当今计算机应用中空前活跃的领域，在生活中可以说是无处不在。一次作为二十一实际的大学来说掌握单片机的开发技术是十分重要的。回顾起此次单片机毕业设计，我的感慨仍然颇多，的确，