1、（论文）开题报告学 院 信息工程学院 专业班级 电气工程及其自动化姓 名 彭如意 学 号 20124335题 目 DDS 实验信号源设计 题目类型 技术开发一、选题背景及依据（现在新的台式仪器的形态，和几年前的己有很大的不同。这些新一代台式仪器具有多外研究现状、生产需求状况，说明选题目的、意义，列出主要参考文献）1.1 国内外研究现状目前，市场上常见的波形发生器多为纯硬件的搭接而成，且波形种类有限，多为锯齿、正弦、方波、三角等波形。信号发生器作为一种常见的应用电子仪器设备，传统的可以完全由硬件电路搭接而成，如采用 555 振荡电路发生正弦波、三角波和方波的电路便是可取的路径之一，不用依靠单片机
2、。但是这种电路存在波形质量差，控制难，可调范围小，电路复杂和体积大等缺点。在科学研究和生产实践中，如工业过程控制，生物医学，地震模拟机械振动等领域常常要用到低频信号源。而由硬件电路构成的低频信号其性能难以令人满意，而且由于低频信号源所需的 RC 很大；大电阻，大电容在制作上有困难，参数的精度亦难以保证；体积大，损耗显著更是其致命的弱点。一旦工作需求功能有增加，则电路复杂程度会大大增加。波形发生器是能够产生大量的标准信号和用户定义信号，并保证高精度、高稳定性、可重复性和易操作性的电子仪器。函数波形发生器具有连续的相位变换、和频率稳定性等优点，不仅可以模拟各种复杂信号，还可对频率、幅值、相移、波形
3、进行动态、及时的控制，并能够与其它仪器进行通讯，组成自动测试系统，因此被广泛用于自动控制系统、震动激励、通讯和仪器仪表领域。在 70 年代前，信号发生器主要有两类：正弦波和脉冲波，而函数发生器介于两类之间，能够提供正弦波、余弦波、方波、三角波、上弦波等几种常用标准波形，产生其它波形时，需要采用较复杂的电路和机电结合的方法。这个时期的波形发生器多采用模拟电子技术，而且模拟器件构成的电路存在着尺寸大、价格贵、功耗大等缺点，并且要产生较为复杂的信号波形，则电路结构非常复杂。同时，主要表现为两个突出问题，一是通过电位器的调节来实现输出频率的调节，因此很难将频率调到某一固定值；二是脉冲的占空比不可调节。
4、在 70 年代后，微处理器的出现，可以利用处理器、A/D/和 D/A，硬件和软件使波形发生器的功能扩大，产生更加复杂的波形。这时期的波形发生器多以软件为主，实质是采用微处理器对 D/A 的程序控制，就可以得到各种简单的波形。90 年代末，出现几种真正高性能、高价格的函数发生器、但是 HP 公司推出了型号为HP770S 色信号模拟装置系统，它由 HP8770A 任意波形数字化和 HP1776A 波形发生软件组成。HP8770A 实际上也只能产生 8 中波形，而且价格昂贵。不久以后，Analogic 公司推出了型号为 Data-2020 的多波形合成器，Lecroy 公司生产的型号为 9100 的
5、任意波形发生器等。而近几年来，国际上波形发生器技术发展主要体现在以下几个方面：（1）过去由于频率很低应用的范围比较狭小，输出波形频率的提高，使得波形发生器能应用于越来越广的领域。波形发生器软件的开发正使波形数据的输入变得更加方便和容易。波形发生器通常允许用一系列的点、直线和固定的函数段把波形数据存入存储器。同时可以利用一种强有力的数学方程输入方式，复杂的波形可以由几个比较简单的公式复合成v=f(t)形式的波形方程的数学表达式产生。从而促进了函数波形发生器向任意波形发生器的发展，各种计算机语言的飞速发展也对任意波形发生器软件技术起到了推动作用。目前可以利用可视化编程语言(如 Visual Bas
6、ic ,Visual 等等) 编写任意波形发生器的软面板，这样允许从计算机显示屏上输入任意波形，来实现波形的输入。（2）与 VXI 资源结合。目前，波形发生器由独立的台式仪器和适用于个人计算机的插卡以及新近开发的 VXI 模块。由于 VXI 总线的逐渐成熟和对测量仪器的高要求，在很多领域需要使用 VXI 系统测量产生复杂的波形，VXI 的系统资源提供了明显的优越性，但由于开发VXI 模块的周期长，而且需要专门的 VXI 机箱的配套使用，使得波形发生器 VXI 模块仅限于航空、军事及国防等大型领域。在民用方面，VXI 模块远远不如台式仪器更为方便。（3）随着信息技术蓬勃发展，台式仪器在走了一段下
7、坡路之后，又重新繁荣起来。不过现在新的台式仪器的形态，和几年前的己有很大的不同。这些新一代台式仪器具有多种特性，可以执行多种功能。而且外形尺寸与价格，都比过去的类似产品减少了一半。1.2 选题的目的和意义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。DDS 具有
8、相位和频率分辨率高、稳定度好、频率转换时间短、输出相位连续、可以实现多种数字与模拟调制的优点，而 USB 接口具有速度快、设备安装和配置容易、易于扩展和使用灵活等优点，因此可以快速地完成复杂的数字系统。由于模拟调相方法有生产性差、调试不方便、调制度控制不精确等缺点，因此采用数字方法实现各种模拟调制也越来越普遍。现在许多 DDS 芯片都直接提供了实现多种数字调制的功能，实现起来比较简单，而要实现模拟线性调制具有一定的难度。因此本设计介绍了一种由单片机控制，并采用 USB 口实现 DDS 功能，产生频率和相位可调的正弦波信号的方法。单片机是实现各种控制策略和算法的载体。波形发生器也可运用单片机技术
9、，通过巧妙的软件设计和简易的硬件电路，产生数字式的正弦波相位、频率和幅值可调的信号。信号的频率、相位可通过键盘输入并显示。与现有各类型波形发生器比较而言，产生的数字信号干扰小，输出稳定，可靠性高，特别是操作简单方便，成本低。1.3 参考文献1徐晓霞.基于 ARM 与 DDS 的高精度正弦信号发生器设计J.电子设计工程.2015(23)2吴其琦,黄庆南.基于 FPGA 的手持式示波器的设计与实现J.广西科技大学学报.2015(04)3张博,张斌.基于 FPGA 的数字频率合成器设计与实现J.应用科技.2015(01) 4邓吉勇,韩兵.基于 FPGA 的信号发生器的设计J.科技经济导刊.2015(
10、13) 5毛群,王仕旭,王建国.基于 FPGA 的 DDS 调频信号发生器设计与实现J.西昌学院学报(自然科学版).2014(04)6安杰.安捷伦推出新型微波模拟信号发生器J.邮电设计技术.2013(12)7曾云,韩顺锋.基于 FPGA 的 DDS 信号源设计及误差分析J.舰船电子工程.2009(02)8冯月芹.基于 AD9850 与 DDS 的电平振荡器的信号源的研制J.国外电子测量技术.2008(03)9王学凤,陈培,韩潮,王盛.基于 DDS 芯片 AD9851 的信号源设计与实现J.微计算机信息.2008(22)10李伟英,钟新跃,谢四莲.基于 DDS 技术的信号发生器设计与实现J.电子
11、工程师.2008(05)11龙安国.基于 DDS 芯片 AD9850 的全数控函数信号发生器的设计与实现J.电子元器件应用.2008(11)12于波,胡毅,文江涛.基于 CP2102 的 USB 接口设计J.国外电子测量技术.2007(03)13Sudhish N. George,Deepthi P. Pattathil. A novel approach for secure compressive sensing of images using multiple chaotic mapsJ. Journal of Optics . 2014 (1)14Selami Beyhan. Rung
12、eKutta model-based nonlinear observer for synchronization and control of chaotic systemsJ. ISA Transactions . 2013 (4)15Arman Kiani-B,Kia Fallahi,Naser Pariz,Henry Leung.A chaotic secure communication scheme using fractional chaotic systems based on an extended fractional Kalman filterJ. Communicati
13、ons in Nonlinear Science and Numerical Simulation . 2007 (3)16KALKMANCJ.LabVIEW:A software system fordata acquisition,data analysis,andinstrument control. Journal of Clinical Monitoring and Computing . 200517LEON W II Counch.Digital&analog communica-tion systems. 200718JOHNSON GW,JENNINGS R.LabVIEWg
14、raph-ical programming. 200619ADVANTECH.ADAM 5000 Series 5th(RS-485Based Date Acquisition and Control System Use sManual). 200120Software Development for the Analysis of Heartbeat Sounds with LabVIEW in Diagnosis of Cardiovascular DiseaseJ. Journal of Medical Systems . 2008 (5)二、主要研究（设计）内容、研究（设计）思想及工
15、作方法或工作流程2.1 研究内容本设计将开发一款面对笔记本电脑使用的 DDS 信号源，通过 labview 软件操控，使之能够输出所需的中低频信号，为口袋实验板提供信号驱动。整个 DDS 信号源采用单片机进行控制，可以实现方波、正弦波、三角波、锯齿波等多种实用的波形。电脑上的操作简单，易用。2.2 设计思想2.2.1 系统框图图 1 系统框图电脑软件发送数据与指令，51 单片机接受发送的数据，通过程序运算将 AD9850 输出的频率改变成设定的频率然后输出显示出来。通过控制 AD603，使输出正弦信号的电压幅度满足要求。2.2.2 方案论证频率合成器方案（1）采用高性能 DDS 单片电路的解决
16、方案 ：随着微电子技术的飞速发展，目前市场上性能优良的 DDS 产品不断推出，主要有Qualcomm、AD、Sciteg 和 Stanforc 等公司单片电路（monolithic）。Qualcomm 公司推出了 DDS 系列 Q2220、Q2230、Q2334、Q2240、Q2368，其中 Q2368 的时钟频率为130MHZ，分辨率为 0.03HZ，杂散控制为-76dBc，变频时间为 0.1us；美国 AD 公司也相继推出了他们的 DDS 系列：AD9850、AD9851、可以实现线性调频的 AD9852、两路正交输出的 AD9854 以及以 DDS 为核心的 QPSK 调制器 AD985
17、3、数字上变频器 AD9856 和AD9857。AD 公司的 DDS 系列产品以其较高的性能价格比，目前取得了极为广泛的应用。下面仅对比较常用的 AD9850 芯片作一个简单介绍。AD9850 是 AD 公司采用先进的 DDS 技术，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 接口控制简单，可以用 8 位并行口或串行口直接输入频
18、率、相位等控制数据。32 位频率控制字，在 125MHZ 时钟下，输出频率分辨率达 0.029HZ。先进的 CMOS 工艺使AD9850 不仅性能指标一流，而且功耗少，在 3.3V 供电时，功耗仅为 155mW。扩展工业级温度范围为-40+85 摄氏度，其封装是 28 引脚的 SSOP 表面封装。AD9850 采用 32 位相位累加器，截断成 14 位，输入正弦查询表，查询表输出截断成10 位，输入到 DAC。DAC 输出两个互补的模拟电流，接到滤波器上。调节 DAC 满量程输出电流，需外接一个电阻 Rset，其调节关系是 Iset=32(1.248V/Rset)，满量程电流为1020mA。（
19、2）采用低频正弦波 DDS 单片电路的解决方案： Micro Linear 公司的电源管理事业部推出低频正弦波 DDS 单片电路 ML2035 以其价格低廉、使用简单得到广泛应用。ML2035 特性：(1)输出频率为 025KHZ，在时钟输入为 12.352MHZ 时频率分辨率可达到 1.5HZ(-0.75+0.75HZ)，输出正弦波信号的峰峰值为 Vcc；(2)高度集成化，无需或仅需极少的外接元件支持，自带 312MHZ 晶体振荡电路；(3)兼容的 3 线 SPI 串行输入口，带双缓冲，能方便地配合单片机使用；(4)增益误差和总谐波失真很低。ML2035 生成的频率较低(025KHZ)，一般
20、应用于一些需产生的频率为工频和音频的场合。如用 2 片 ML2035 产生多频互控信号，并与 AMS3104(多频接收芯片)或ML2031/2032(音频检波器)配合，制作通信系统中的收发电路等。可编程正弦波发生器芯片 ML2035 设计巧妙，具有可编程、使用方便、价格低廉等优点，应用范围广泛，适合需要低成本、高可靠性的正弦信号的场合。2.3 设计方法与工作流程2.3.1 硬件部分（1）8051 与 AD9850 的连接 图 2 8051 与 AD9850 的连接图 2 是 I/O 方式并行接口的电路图，AD9850 的数据线 D0D7 与 P1 口相连，FQ-UD 和W-CLK 分别与 P3
21、.0（10 引脚）和 P3.1（11 引脚）相连，所有的时序关系均可通过软件控制实现。（2）通讯串口与单片机的连接电路89C51 单片机通过普通 I/O 口与 PC 机 RS232 串口实现通信的硬件接口电路如图 3 所示。由于 PC 系列微机串行口为 RS232C 标准接口，与输入、输出均采用 TTL 电平的 89C51 单片机在接口规范上不一致，因此 TTL 电平到 RS232 接口电平的转换采用 MAXIM 公司的 MAX232 标准 RS232 接口芯片，该芯片可以用单电压（+5V）实现 RS232 接口逻辑“1”（-3V15V）和逻辑“0”（+3V15V）的电平转换。图中 89C51
22、 的 P1.0 模拟发送端，P1.1 模拟接收端。图 3 通讯串口与单片机的连接电路图 3 复位电路 图 4 时钟电路 图 5 系统供电电路如图 2图 5 共同组成单片机最小系统。其中如图 3 为系统复位电路，可手动重启系统；图 4 为时钟电路，为 89S51 单片机的工作提供时钟源；图 5 为整个系统的供电电路。2.3.2 软件流程图图 7 单片机流程首先开机启动，系统开始进行初始化处理，单片机判断是否接收到来自 labview 发出的数据，否则继续查询，是则执行频率的设置，将设置好的频率输出，最后结束。图 8 DDS 流程首先打开系统，进行系统初始化，然后在液晶显示频上显示初始界面，判断单
23、片机是否发出频率输出的数据，若没有则继续查询，若发出则进行数据的分析，将分析的结果用相应的程序控制字写入 AD9850 频率合成器中，最后在液晶相应的频率，最后继续查询是否有数据接收，如此循环往复的执行。图 9 Labview 流程首先打开电脑串口，进行电脑串口的配置，然后通过串口写操作将要设置的频率写入串口，经过总线数据处理将数据发送到单片机芯片中，判断是否结束，否则反回到串口写操作，是则关闭串口结束发送数据。三、毕业设计（论文）工作进度安排第一阶段：开题报告2015.3.82015.3.11：查资料；2015.3.122015.3.13：理思路；2015.3.142015.3.19：写开题
24、报告。第二阶段：设计阶段2015.3.222015.3.29：熟悉 51 单片机和设计所需元器件；2015.3.302015.3.31：确定具体实施方案，制作电子秘书模块部分；2015.3.312015.4.06： 完成模块硬件设计，完成电子秘书整体设计；2015.4.072015.4.30：结合软件进行硬件调试，修改及优化；2015.5.012015.5.08：在优化中完善策略，分析记录结果；2015.5.092015.5.23：总结资料并完成初稿。第三阶段：论文撰写2015.5.242015.5.28：修初稿；2015.5.292015.5.31：终稿、打印稿、审稿。第四阶段：答辩2015.6.012015.6.10：准备答辩。指 导教 师意 见指导教师签字_ 年 月 日院 系毕 业设 计领 导小 组审 核难 度 综合训练程度 是否隶属科 研项目意 见教学院长（公章）_年 月 日备注：1、题目类型分为： 理论研究、应用研究、设计开发和其它。2、题目难度分为： A、B、C、D 四个等级。3、综合训练程度分为： A、B、C 三个等级。
