Abstract: This design is an Reconnaissance Receiver with MCU AT89S52 as its control core, have a DDS chip AD9850 automatically adjustable frequency swept sine signal, to achieve the full frequency range or a specific range of automatic search and manual search, and identification of external signal modulation: FM, AM, amplitude. Automatically display and storage external signal frequency through the single-chip, to achieve the performance requirements of reconnaissance aircraft.

Key Words: Receivers, Single-Chip, DDS, Modulation, Search.

1 系统设计

1.1 设计任务和要求
1.1.1设计任务

设计并制作一侦察接收机。其基本结构如图所示：

1.1.2基本要求

(1) 侦察接收机搜索频率范围：10MHz~20MHz

(2) 频率准确度： 0.001

(3) 频率间隔： 100kHz

(4) 能自动显示外来信号频率：并存储信号不小于5个

(5) 能在全频范围和特定频率范围内自动搜索；和手动搜索。

1.1.3发挥部分

(1) 扩大搜索频率范围： 10MHz~40MHz

(2) 减小频率间隔： 50kHz

(3) 能鉴别外来信号的调制方式：等幅、调幅、调频。

(4) 其它

1.2 总体设计方案

1.2.1系统总体设计思路

根据题目要求，本系统的设计基于直接数字频率合成技术，采用单片机AT89S52控制直接数字频率合成器DDS (Direct Digital Frequency Synthesis,)芯片AD9850内部编程控制寄存器所选的操作模式、相位累加器的位数、频率控制字和幅度控制字，以产生频率准确度达到0.001、最小频率步进为50KHz、多档可调的正弦信号。再使用音频调频、调幅集成芯片鉴别外来信号是调频、调幅、等幅信号。通过软件编程按下某个按键能够在10MHz~40MHz的范围内进行搜索

和实现调制方式的区分，可以手动搜索和自动搜索，并由单片机控制通过液晶显示出来。系统组成框图如图1所示。

图 1 系统组成图

1.2.2方案论证和比较

(1)控制器模块的设计方案论证与选择

方案一：采用FPGA作为系统主控器。FPGA可实现各种复杂逻辑功能，规模大，集成度高，体积小，稳定性好，IO资源丰富、易于进行功能扩展，处理速度快，但适用于大规模实时性要求较高的系统，价格高，编程实现难度大。本系统只需完成信号检测和电机驱动的控制，逻辑功能简单，对控制器的数据处理能力要求不高，故不选择此方案。

方案二：采用嵌入式系统作为主控器。嵌入式系统工作频率较高，速度较快，控制功能很强，也有较强的数据处理能力。但同样价格高，编程实现难度大。

方案三：采用Atmel公司的AT89S52单片机作为主控制器。AT89S52是一个低功耗、高性能8位单片机，片内含8 KB Flash片内程序存储器，256 Bytes RAM，32个外部双向输入/输出（I/O）口，5个中断优先级，2层中断嵌套中断等。价格便宜，使用方便，编程实现难度低，适合用来实现本系统的控制功能。

综上分析，本设计选择方案三。

(2)本振模块的设计方案论证与选择

方案一：采用传统的直接频率合成法直接合成。利用混频器、倍频器、分频器和带通滤波器完成对频率的算术运算。但由于采用大量的倍频、分频、混频和滤波环节，导致直接频率合成器的结构复杂，体积庞大，成本高，而且容易产生过多的杂散分量，难以达到较高的频谱纯度。就不选择此方案。

方案二：采用锁相环间接频率合成（PLL）。虽然具有工作频率高、宽带、频谱质量好的优点，但由于锁相环本身是一个惰性环节，锁定时间较长。另外，由模拟方法合成的正弦波的参数（如幅度、相位和频率等）都很难控制，而且实现10MHz~40MHz频率变换相当困难，不易实现。

方案三：采用直接数字式频率合成(Direct Digital Frequency Synthesis,简称DDS或DDFS)。用随机读/写存储器RAN存储所需波形的量化数据，按照不同频率要求，以频率控制字K为步进对相位增量进行累加，以累加相位作为地址码读取存放在存储器内的波形数据，经D/A转换和幅度控制，再滤波即可得到所需波形。由于DDS具有相对带宽很宽，频率转换时间极短(小于20us),频率分辨率高，全数字化结构便于集成等优点，以及输出相位连续，频率、相位和幅度均可以实现程控，因此，可以完全满足本题目的要求。

综上分析，本设计选择方案三，使用高性能的DDS集成芯片AD9850作为正弦波发生器的核心，实现高精度、高稳定的正弦信号输出。

(3)显示模块的设计方案论证与选择

方案一：采用LED数码管显示。数码管采用BCD编码显示数字，编程容易，硬件电路调试简单。但显示信息容量小，功耗较大，使用时片选信号和段选信号占用端口较多。

方案二：采用LCD液晶显示，可以显示所有字符及自定义字符，并能同时显示多组数据、汉字、字符清晰。由于自身具有控制器，不但可以减轻主单片机的负担，而且可以实现菜单驱动方式的显示效果，实现编辑模块全屏编辑的功能，达到友好的人机界面。用LCD显示，能解决LED只能显示数字等几个简单字符的缺点，性能好，效果多，控制方便，显示的方式多。

综上分析，选择方案二。

(4)混频、放大和解调的设计方案与论证

方案一：采用分立元件构成混频、放大和解调输出电路。这些电路复杂，难于调整，且易受各分立元件本身参数的影响。

方案二：采用高速模拟运算放大、混频等电路。电路简单，但对输出信号的幅度进行控制需要另加输出控制电路。在市场上不常见，购买也不方便。

方案三：采用集成调频、调幅芯片。电路简单，控制灵活，失真小，输出电压容易控制。音响集成芯片比较常见，在市场上也供应也很多，购买比较方便。

综合分析，选择方案三，采用集成音频调频调幅芯片TA7640。

(5)键盘输入方式选择

方案一：采用矩阵式键盘输入。可以节省I/O口资源，适用于按键较多时采用。

方案二：为了提高单片机的资源利用率，按键部分使用8279扩展键盘，2*8键盘通过8279与单片机连接。电路复杂。

方案三：采用传统独立式按键。这种接法适合于按键较少时使用，比较方便。

根据设计需求，选择方案三；

(5)电源设计方案

本系统需要电源，集成DDS芯片的工作电压为5V，单片机的工作电压为5V。采用7805输出+5V电压，ua741需要-5V电压。7905输出-5V的电压。

2 硬件电路设计

2.1整机电路设计

系统整机电路如附录1所示。单片机系统作为控制核心,通过按键及外部输入信号进行检测，经数据处理后送给各单元电路,控制各部分电路工作。

2.2 各主要单元电路设计

2.2.1主控器模块的设计

本系统主控器如图2所示，通过8个按键输入信号，单片机将此信号进行运算处理，然后以控制电流或控制电压的方式输出给被控制的单元电路，实现各项功能。

图2 主控制器模块

2.2.2本振模块的设计

本振单元模块主要是采用基于DDS技术的AD9850芯片，电路如图3所示，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。在时钟脉冲的控制下，相位累加器对输入的频率控制字不断地进行累加到相应的相位码，同时相位码序列作为地址信号五寻址波形存储器进行相位码-幅度码的转换，并输出不同幅度编码，这一序列不同的幅度编码经过D/A转换得到相应的阶梯电压波形最好经过低通滤波器平滑，即可得到相应的正弦波形。

图3 本振模块

2.2.3 LCD显示模块电路的设计

本系统采用LCD显示电动车运动的当前状态，1602液晶可显示两行字符，每行16个，1602模块有并行和串行两种连接方式，本制作中采用并行的连接方式。LCD与单片机接口电路如图4所示。

图4 LCD显示模块

2.2.4 混频、中放模块电路的设计

本模块电路采用音响调频、调幅集成芯片TA7640GP来实现混频，中放功能。外来信号和DDS产生的正弦信号通过此芯片就可以鉴别外来信号的调制方式，然后反馈给单片机，通过液晶显示出来。电路如图5所示。

图5 混频、中放模块电路

2.2.5音频功放的电路图

本模块电路采用LM386音频功放电路 IN从第一片7640的9号脚输出．

图6 音频功放电路

2.2.6电源模块的电路图

UA741需要+5V电压和-5V电压，DDS芯片AD9850和TA7640需要+5V电压。如图6所示。

图7 电源模块

3 系统软件设计

本系统的软件设计采用C语言，利用Keil C完成单片机系统的开发，实现各项设计功能和技术指标要求，如附录2所示。

3.1理论计算和分析

3.1.1理论分析

DDS系统由频率控制字、相位累加器、正弦查询表、数/模转换器和低通滤波器组成。参考时钟为高稳定度的晶振振荡器，其输出用于同步DDS各组成部分的工作。DDS系统的核心是相位累加器，它由N位加法器与N位相位寄存器构成，类似于一个简单的计数器。每来一个时钟脉冲，相位寄存器的输出就增加一个步长的相应增量值，加法器将频率控制数据与累加寄存器输出的累加相位数据相加，把相加结果送至累加寄存器的数据输入端。相位累加器进入线性相位累加，累加至满量程时产生一次计数溢出，这个溢出频率即为DDS的输出频率。正弦查询表是一个可编程只读存储器PROM，存储的是以相位为地处的一个周期正弦信号的采样编码值，包含一个周期正弦波的数字幅度信息，每个地址对应于正弦波中0~360度范围的一个相位点。将相位寄存器的输出与相应控制字相加，得到的数据作为一个地址对正弦查询表进行寻址，查询表把输入的地址相位信息映射成正弦波幅度信号，驱动DAC，输出模拟信号。低通滤波器平滑并滤除不需要的取样分量，以便输出频谱纯净的正弦波信号。

3.1.2参数计算

对于幅值归一化的正弦波信号的瞬时幅值完全由瞬时相位来来决定，因为所以相位变化越快，信号的频率越高。相位累加器字长为N，DDS控制时钟频率为fc，时钟周期为，频率控制字为K。系统工作时，累加器的单个时钟周期的增量值为，相应角频率为，所以DDS的输出频率为，DDS输出的频率步进间隔。

3.2系统主程序流程图

系统主程序流程如图7所示，由于此系统实时性要求很高，大量数据信号要在尽量短的时间内完成，利用中断编程，单片机不断检测外部是否有按键按下，，输出不同显示。

图8 系统主程序流程

外部中断0服务程序的流程图如图9所示

图9 外部中断0服务程序的流程图

4 系统测试分析

4.1模块测试

（1）搜索频率范围

用单片机AT89S52为控制核心控制DDS专用芯片AD9850产生本振信号，用多功能计数器读取由DDS产生的本振信号的频率范围，通过软件来调试频率的范围。

（2）频率准确度

用多功能计数器来读取实际得到的信号，与给定的理论值进行对比计算。

（3）频率间隔

用单片机AT89S52为控制核心控制DDS专用芯片AD9850产生本振信号的频率间隔，通过多功能计数器来读取频率间隔。

（4）鉴别外来信号的调制方式

用DDS产生的信号作为本振信号，用高频信号发生仪产生模拟检测信号，分别产生调幅波，调频波和等幅波，分别观察指示灯的两灭情况，以此来判别检测到得信号的调制方式。

（5）音频功放的测试

把解调出来的信号加给功放，在检测到不同调制方式信号的外来信号音频功放产生不同音调的声音。

（6）全频和特定频率范围的自动搜索和手动搜索

通过单片机控制DDS产生的信号的频率，手动可以通过切换按键来调节。

4.2整机测试数据和测试现象

测试数据如表1所示，通过数据可知接收机能够通过指示灯来判别出调制信号的调制方式。同时还可以通过音频功放的声调来判别调制信号的调制方式（调频、调幅、等幅）。

接收机能在特定频率范围内进行自动搜索，频率范围为10HMz~~40MHz内任意选择。能在全频范围内自动进行搜索。在全频范围和特定频率的范围内手动搜索，搜索通过按键来实现。

表1 整机测试数据

基本要求
测试项目	测试数据	要求数据	误差
搜素频率范围	10MHz~~20MHz	10MHz~~20MHz	0
频率准确度	10-6	10-4
频率间隔	100KHz	100KHz
存储信号个数	8	>=5
发挥部分
搜素频率范围	10MHz~~40MHz	10MHz~~40MHz