DDS函数和扫频信号发生器开题报告

一、选题背景与意义

直接数据频率合成DDS是一种新的频率合成方法，是频率合成的一次革命。全数字化的DDS技术由于具有频率分辨率高，频率切换速度快，相位噪声低等优点而成为现代频率合成技术中的佼佼者。随着数字集成电路，微电子技术和EDA技术的深入研究，DDS得到了飞速的发展。

函数信号发生器种类众多，性能不断提高，当前信号发生器总的趋势是向宽频率覆盖，低功耗，高频率，精度高，多功能，智能化发展。在各个领域中均有广泛应用，锯齿波和正弦波，矩形波是常有的基本信号。譬如在示波器和电视机等仪器中。

但是现在市面中所能看到的仪器已经不够满足客户在频率精度，带宽及波形种类多方面的续期，我们必须研制一种低功耗，宽屏带，能产生多种波形的仪器，来满足市场不断提升的需求，若能成功实现，必将对电子技术的发展会产生巨大的作用。

二、课题关键问题及难点

课题关键问题：

（1）熟悉系统单片机Soc C8051F005的结构和工作原理

（2） 掌握系统C8051F005单片机的电路设计及相关设计　

（3）掌握DDS信号发生电路的原理与应用

（4） 掌握通过对单片机功能开发实现所需的功能

（5） 掌握通过对电子电路设计调试及仿真，利用相关关工具软件绘制出电路原理图

所设计DDS函数波形和扫频信号发生器的要求如下：

（1）能够产生一个优质DDS信号当做扫频信号

（2）能够产生稳定的函数波形

难点：

此次研究设计中我们没有选择我们大学里面所熟悉的430单片机而选择Silabs公司的C8051F005单片机，无形中增加了难度也是一次挑战。但是C8051F单片机是完全集成的混合信号系统级芯片(SoC),具有与8051兼容的高速CIP-51内核,与MCS-51指令集完全兼容,片内集成了数据采集和控制系统中常用的模拟、数字外设及其他功能部件。同时内置FLASH程序存储器、内部RAM,大部分器件内部还有位于外部数据存储器空间的RAM,即 XRAM.C8051F单片机具有片内调试电路,通过4脚的JTAG接口可以进行非侵入式、全速的在系统调试。这些特点比430系列的更适合我们此次实验设计。

三、文献综述

1:直接数字频率合成DDS(DigitalD irect Frequency Synthesis)是一种新的运用数字技术来实现产生信号的频率合成技术,它主要由相位累加器、波形存储器、D／A转换器和低通滤波器组成。随着数字集成电路、微电子技术和EDA技术的深入研究，DDS得到了飞速的发展。全数字化的DDS技术由于采用了全数字、大规模集成技术，具有体积小、价格低、频率分辨率高、频率转换快、合成范围宽、信号纯度高、频率分辨率高、频率切换速度快、相位噪声低和频率稳定度高等众多优点而成为现代频率合成技术中的佼佼者。

2:扫频信号发生器是一种输出信号的频率随时间在一定范围内反复变化的正弦信号发生器, 由CPU ,D /A转换器、键盘、LED显示器、低通滤波器等单元组成。 它是一种信号激励装置，被广泛应用于电子测量中,它用它所产生的正弦波来检测被测系统的频率响应，包括幅频响应和相频响应 。而基于DDS的扫频信号发生器的还具有扫频(频率随时间在一定范围内反复输出，一旦设定为此状态，无需人为干涉，可不停地输出)和点频(固定在某一频率的输出,分为8档，需先选定要输出频率所在档位，然后按点频输出键)两种频率输出方式，还具有测频、扫速控制等功能。

3:C8051F005单片机是集成在一块芯片上的混合信号系统级单片机，是真正能独立工作的片上系统SOC。它的功能部件包括模拟多路选择器、可编增益放大器、ADC、DAC、电压比较器、电压基准、温度传感器、可编程计数器/定时器。,C8051F005.还有全速、非侵入式的在系统调试接口，该调试系统支持观察和修改存储器和寄存器，支持断点、观察点、单步及运行和停机命令，开发效率大大提高。

4:在电子测量中，经常会遇到对网络的阻抗特性和传输特性进行测量的问题，其中传输特性包括增益和衰减特性、幅频特性、相频特性等。用来测量上述特性的仪器被称为频率特性测试仪，简称扫频仪。它为被测网络的调整、校准及故障的排除提供了极大的方便。频率特性是以频率为变量描述系统特性的一种图示方法，一般有两种测试方法冲激响应测试法和扫频测试方法。

5: 系统在正弦信号激励下，输出响应达到稳态时，是与输入激励信号频率相同的正弦波，响应信号与输入信号的幅值比即为该频率的幅频响应值，而两者的相位差即为相频特性值。可以采用频率逐点步进或频率连续变化的方法，完成整个频率特性的测量。这种方法称为扫频测试法。这种方法无需对信号进行时域与频率的变换计算，可以通过对模拟量的测量运算完成。

6：波形发生器，是可数字调频调幅的数字信号发生器。波形发生器是一种数据信号发生器，在调试硬件时，常常需要加入一些信号，以观察电路工作是否正常。波形发生器可以选择不同的时间基数，做为定义波形的最短间。波形发生器可自动返回, 循环产生波形。

参考文献：

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[2]褚人乾,蒋兴才，廖湘平.直接数字频率合成(DDS)的频谱特性及其改善方法.通信对抗，1997.2

[3]郭金维，汤汉屏.DDS技术浅析.数据通信2002.03

[4]胡广书. 数字信号处理理论、算法与实现(第二版).清华人学出版社，2003.8

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[7]李建忠.单片机原理及应用.西安:西安电子科技大学出版社，2002

[8]叶齐鑫，侯国屏，赵伟.虚拟仪器环境下的频率特性测试方法［J］.电测与仪表,2005,6

[9]潘琢金，施国君．C8051Fxxx高速SOC单片机原理及应用[M]．北京：北京航空航天大学出版社．2002

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[11]王向军, 微. 机电系统测试技术及方法［J］．光学精密工程，2003.1l

四、设计方案

图2 控制系统动态特性测试系统

4.1 DDS扫频信号单元：

因为SoC C8051F005单片机具有体积小、驱动能力强、可靠性高、低功耗、处理中断能力强，兼容性好等特点，所以采用SoC C8051F005来产生扫频信号。

4.2 电源及相关硬件模块模块：

考虑到价格成本和准确性等因素，硬件部分采用测试压电式蜂呜器、扬声器、超声波元件、等器件。

4.3 软件模块：

开发环境采用Keil编译器，由软件设计同学负责，不详细叙述。

五、工作计划

第 1 周 接受任务书，领会课题含义，按要求查找相关参考资料，答疑；

第 2 周 阅读相关资料，理解有关内容；

第 3 周 翻译相关英文资料，提出拟完成本课题的方案，写出相关开题报告一份；

第 4 周 确定传感器、单片机等所需模块，参阅有关资料，分析控制系统动态特性测试电路工作原理；设计系统组成原理框图；

第 5 周 设计信号输入、信号处理、显示模块的电路参数；绘制电路原理图；

第 6 周 确定并绘制单片机系统电路，设计单片机扩展电路；完成中期检查；

第 7 周 理解各模块的关系，设计控制硬件框图；进行硬件设计

第 8 周 准备元器件，搭建、焊接硬件电路，对硬件部分进行测试；

第9-11周 硬件联调试和/软件调试；

第12周 整理资料，准备撰写论文；

第13周 修改、完善并提交毕业论文；

第14周 评阅教师评阅论文，学生根据指导意见修改论文；验收实物成果，接受答辩资格审查；

第15周 准备参加答辩

第16周 毕业设计答辩及成绩评定。