低成本双路正弦波发生器解析

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1、低成本双路正弦波发生器（D题）摘要本作品基于DDS工作原理，利用CPLD编程实现NCO功能，进而实现题目中要求产生正弦波，每路信号的频率、幅度及两路信号的相位差均可程控设置。以P89V51RD2芯片为本设计的控制核心，通过单片机与CPLD的连接实现对波形的频率、幅度及相位差的程控可调，并且可实现取消微处理器单元，控制逻辑单元也能实现独立设置特定参数信号功能。参数设定与相关信息通过液晶屏显示。关键字：DDS原理，微处理器，可编程逻辑，CPLD任务：设计、制作一个低成本双路正弦波发生器，每路信号的频率、幅度及两路信号的相位差均可程控设置。除工作电源外，正弦波发生器由微处理器单元（含键盘显示

2、）、控制逻辑单元和模拟电路单元三部分组成。要求控制逻辑单元不使用任何存储器资源，模拟电路单元不使用集成DAC且无可调阻容件。正弦波发生器结构框图如下所示，微处理器单元以串行方式向控制逻辑单元发送参数控制字，控制逻辑单元产生若几个频率稳定的逻辑脉冲输出给模拟电路单元，模拟电路单元经过信号变换后得到预定参数的双路正弦波。系统框图如下：主要由键盘显示，微处理单元，控制逻辑单元，模拟电路单元构成。本任务中推荐采用的信号变换原理有：PWM信号经低通滤波后可变换为直流电压，窄带范围内的方波经低通滤波后可变换为相应频率的正弦波，两路不同频率的正弦波经差频与低通滤波后可变换为另一低频正弦波。要求基本要

3、求（1）两路正弦波的频率范围1Hz—1kHz，步进值不大于1Hz，频率准确度不低于0.1%；（2）两路正弦波输出最大幅度不低于3V，幅度设置，设置分辨率不低于12bit；（3）正弦波信号在整个频率设置范围内，波形失真度不大于2%；（4）两路信号的相位差可以在0—359度内可调，设置分辨力不大于1度；（5）所有参数均可程控设置；（6）微处理器单元与控制逻辑单元信号连线应不超过3条。发挥部分（1）控制逻辑单元输出给模拟电路单元的信号线应不超过5条；（2）当两路信号频率为1到10间的倍频关系时能同步，示波器观测两路波形稳定；（3）设定的输出信号电压值在整个频段内，变换量小于5%；（4）两路正

4、弦信号幅度设置为零时，输出噪声小于5mV；（5）取消微处理器单元，控制逻辑单元也能实现独立设置特定参数信号的输出；（6）其他，主要考核硬件成本、技术指标提升和工艺水平。目录摘要2任务：2要求3目录4一、方案论证与比较51.1键盘显示比较与选择51.2微处理器比较与选择51.3控制逻辑单元选择与比较51.4模拟单元中放大器的方案比较：61.5电源方案比较：6二、系统方案描述与论证：72.1总体设计：72.2单元电路设计：72.2.1CPLD部分：72.2.2模拟部分：102.2.3理论计算和分析：12三、软件设计：13四、系统测试：14结论15参考文献15附录16附录1程序设计16附录2

5、CPLD内部逻辑电路图43附录3模拟电路原理图44一、方案论证与比较1.1键盘显示比较与选择方案一:选用独立键盘按键和数码管显示，独立键盘的特点是程序编制简单，但是每个按键占用一条I/0口，当按键较多时，I/O口的利用率不高，适用于所需按键较少的场合。采用数码管显示时一般采用动态显示，需要用I/O口发送段选与位选数据，若同时用独立键盘，则会造成I/O口的数量不够的问题，又因动态显示利用人眼余晖来实现八位数的动态显示，而且还具有可靠性不高，易烧毁的问题。方案二：该方案选用4*4矩阵式键盘和12864液晶。采用矩阵式键盘可大大提高了I/O口的利用率，而采用液晶显示则可以通过控制单元对液晶提

6、供各种控制命令,如：清屏、字符闪烁、光标闪烁、显示移位等多种功能，显示内容丰富，并且具有微功耗、体积小，超薄轻巧的特点。综上所述，由于本设计要用到16个按键，经过两种方案的比较，最终采用4*4矩阵式键盘和液晶屏显示的组合完成键盘显示单元。1.2微处理器比较与选择方案一：选用MSP430系列单片机，拥有强大的处理能力 MSP430 系列单片机是一个 16 位的单片机，采用了精简指令集（ RISC ）结构，具有丰富的寻址方式（7 种源操作数寻址、 4 种目的操作数寻址）、简洁的 27 条内核指令以及大量的模拟指令；大量的寄存器以及片内数据存储器都可参加多种运算；还有高效的查表处理指令；有较

7、高的处理速度，在 8MHz 晶体驱动下指令周期为 125ns 。这些特点保证了可编制出高效率的源程序。方案二：选用P89V51RD2单片机，P89V51RD2单片机的典型特性是它的X2方式选项。利用该特性可使应用程序以传统的80C51时钟频率（每个机器周期包含12个时钟）或X2方式（每个机器周期包含6个时钟）的时钟频率运行，选择X2方式可在相同时钟频率下获得2倍的吞吐量。从该特性获益的另一种方法是将时钟频率减半而保持特性不变，这样可以极大地降低