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本系统以51单片机为控制核心,由正弦信号发生模块、功率放大模块、调幅(AM)、调频(FM)模块、数字键控(ASK,PSK)模块以及测试信号发生模块组成。采用数控的方法控制DDS芯片AD9850产生0Hz-30MHz正弦信号,经滤波、放大和功放模块放大至6v并具有一定的驱动能力。测试信号发生模块产生的1kHz正弦信号经过调幅(AM)模块、调频(FM)模块,对高频载波进行调幅或调频。二进制基带序列信号送入数字键控模块,产生二进制PSK或ASK信号,同时对ASK信号进行解调,恢复出原始数字序列。
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基于 51 单片机的频率合成设计
作者:山东轻工业学院 本科毕业生论文来源:网络转载请注明
摘要
本系统以 单片机为控制核心,由正弦信号发生模块、功率放大模块、调幅()、调频
()模块、数字键控(,)模块以及测试信号发生模块组成。采用数控的方法控制
芯片 产生 - 正弦信号,经滤波、放大和功放模块放大至 并具有
一定的驱动能力。测试信号发生模块产生的 正弦信号经过调幅()模块、调频
()模块,对高频载波进行调幅或调频。二进制基带序列信号送入数字键控模块,产生二进
制 或 信号,同时对 信号进行解调,恢复出原始数字序列。
另外,本系统从简单、调整方便、功能完备为出发点,基本实现了设计中的要求,波形输出
较稳定,且精度较高。本设计还配备有 显示屏、键盘,提供了友好的人机交互界面。
关键词:直接数字频率合成() 锁相环 调幅调频数字键控
ABSTRACT
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第一章 绪 论
4 课题研究的意义与作用
: 年,美国学者 64!&#! 等人撰写的; * +,&!2.!#$# !!&;(文首次
提出了以全数字技术,从相位概念出发直接合成所需波形的一种新的频率合成原理。限于当时
的技术和器件水平,它的性能指标尚不能与已有的技术相比,故未受到重视。近 年间,随
着微电子技术的迅速发展,直接数字频率合成器(&!$ * +,&!2.!#$# ! 简称
或 )得到了飞速的发展,它以有别于其它频率合成方法的优越性能和特点成为现代
频率合成技术中的姣姣者。具体体现在相对带宽宽、频率转换时间短、频率分辨率高、输出相
位连续、可产生宽带正交信号及其他多种调制信号、可编程和全数字化、控制灵活方便等方面,
并具有极高的性价比。
4 的研究现状及发展趋势
在频率合成()&!2.!#$# !)领域中,常用的频率合成技术有模拟锁相环、数
字锁相环、小数分频锁相环('&+$ %#+,(<# !)等,直接数字合成=&!$
* +,# !->是近年来新的 技术。单片集成的 产品是一种可代替锁相环
的快速频率合成器件。 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。
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 3
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。如图 ( 所示,通过高速 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。
系统一个显著的特点就是在数字处理器的控制下能够精确而快速地处理频率和相位。
除此之外, 的固有特性还包括:相当好的频率和相位分辨率(频率的可控范围达 ? 级,
相位控制小于 4@))能够进行快速的信号变换(输出 的转换速率 百万次3秒)。这
些特性使 在军事雷达和通信系统中应用日益广泛。
其实,以前 价格昂贵、功耗大(以前的功耗达 A+ 级)、 器件转换速率不高,应
用受到限制,因此只用于高端设备和军事上。随着数字技术和半导体工业的发展, 芯片能
集成包括高速 器件在内的部件,其功耗降低到 "A 级( 在 4 时功耗为
"A),功能增加了,价格便宜。因此, 也获得广泛的应用:现代电子器件、通信技
术、医学成像、无线、3< 系统、雷达、卫星通信。
4 的系统简介
44 的基本原理
的基本原理是利用采样定理,通过查表法产生波形。 的结构有很多种,其基本
的电路原理可用图 ( 来表示。
相位累加器由 < 位加法器与 < 位累加寄存器级联构成。每来一个时钟脉冲fs,加法器将
频率控制字k与累加寄存器输出的累加相位数据相加,把相加后的结果送至累加寄存器的数据
输入端。累加寄存器将加法器在上一个时钟脉冲作用后所产生的新相位数据反馈到加法器的输
入端,以使加法器在下一个时钟脉冲的作用下继续与频率控制字相加。这样,相位累加器在时
钟作用下,不断对频率控制字进行线性相位累加。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,相位累加器
的溢出频率就是 输出的信号频率。用相位累加器输出的数据作为波形存储器(B)的
相位取样地址,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 / 转换器,/ 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。低通滤波器用于滤除不需要的取样分量,以便
输出频谱纯净的正弦波信号。 在相对带宽、频率转换时间、高分辨力、相位连续性、正
交输出以及集成化等一系列性能指标方面远远超过了传统频率合成技术所能达到的水平,为系
统提供了优于模拟信号源的性能。
44 的性能特点
()输出频率相对带宽较宽
输出频率带宽为 Cf (理论值)。但考虑到低通滤波器的特性和设计难度以及对输出
信号杂散的抑制,实际的输出频率带宽仍能达到 DCf 。
()频率转换时间短
是一个开环系统,无任何反馈环节,这种结构使得 的频率转换时间极短。事实
上,在 的频率控制字改变之后,需经过一个时钟周期之后按照新的相位增量累加,才能
实现频率的转换。因此,频率转换的时间等于频率控制字的传输时间,也就是一个时钟周期的
时间。时钟频率越高,转换时间越短。 的频率转换时间可达纳秒数量级,比使用其它的频
率合成方法都要短数个数量级。
()频率分辨率极高
若时钟f 的频率不变, 的频率分辨率就由相位累加器的位数N决定。只要增加相位
累加器的位数 < 即可获得任意小的频率分辨率。目前,大多数 的分辨率在1 数量级,
许多小于1 甚至更小。
(D)相位变化连续
改变 输出频率,实际上改变的每一个时钟周期的相位增量,相位函数的曲线是连续
的,只是在改变频率的瞬间其频率发生了突变,因而保持了信号相位的连续性。
()输出波形的灵活性
只要在 内部加上相应控制如调频控制 、调相控制 和调幅控制 ,即可以方
便灵活地实现调频、调相和调幅功能,产生 、、 和 等信号。另外,只要在
的波形存储器存放不同波形数据,就可以实现各种波形输出,如三角波、锯齿波和矩形波
甚至是任意的波形。当 的波形存储器分别存放正弦和余弦函数表时,既可得到正交的两
路输出。
()其他优点
由于 中几乎所有部件都属于数字电路,易于集成,功耗低、体积小、重量轻、可靠
性高,且易于程控,使用相当灵活,因此性价比极高。
第二章单片机 的简介
4主芯片 的硬件资源
44 单片机的概念
单片机("$&%$%# &%,,!&,又称微控制器)是在一块硅片上集成了各种部件的微型计算机。
这些部件包括中央处理器 E、数据存储器 B、程序存储器 B、定时器3计数器和多种
83 接口电路。图 ( 是 单片机的基本结构图
4 单片机的结构特点有以下几点:
● 位 E;
● 片内振荡器及时钟电路;
● 根 83 线;
● 外部存储器 B 和 B,寻址范围各 DF;
● 两个 位的定时器3计数器;
● 个中断源, 个中断优先级
● 全双工串行口
● 布尔处理器
4定时器3计数器
内部有两个 位可编程定时器3计数器,记为 和 。 位是指它们都是由
个触发器构成,故最大计数模值为 (。可编程是指他们的工作方式由指令来设定,或者
当计数器来用,或者当定时器来用,并且计数(定时)的范围也可以由指令来设置。这种控制
功能是通过定时器方式控制寄存器 来完成的4如果需要,定时器在计到规定的定时值时
可以向 E 发出中断申请,从而完成某种定时的控制功能。在计数状态下同样也可以申请中断。
定时器控制寄存器 < 用来负责定时器的启动、停止以及中断管理
在定时工作时,时钟由单片机内部提供,即系统时钟经过 分频后作为定时器的时钟。
技术工作时,时钟脉冲由 和 输入
4中断系统
的中断系统允许接受五个独立的中断源,即两个外部中断申请,两个定时器3计数
器中断以及一个串行口中断。
外部中断申请通过 8< 和 8<(即 4 和 4)输入,输入方式可以是电平触发
(低电平有效),也可以是边沿触发(下降沿有效)。两个定时器中断请求是当定时器溢出时
向 E 提出的,即当定时器由状态 转为全零时提出的。第五个中断请求是由串行口发出的,
串行口每发送完一个数据或接收完一个数据,就可提出一次中断请求
44 的芯片引脚
如图 ( 所示
:供电电压。
G<:接地。
口:
口为一个 位漏极开路双向 83 口,每脚可吸收 门电流。当 口的管脚第一次写
时,被定义为高阻输入。 能够用于外部程序数据存储器,它可以被定义为数据3地址的第
八位。在 8 编程时,口作图 ( 引脚图
为原码输入口,当 8 进行校验时, 输出原码,此时 外部必须被拉高。
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