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1、全国大学生电子设计大赛A题：正弦信号发生器目录1 2 3 4 5题题题题题组组组组组1. A2. A3. A4. A5. A正弦信号发生器1摘要这个正弦信号发生器利用最新的频率合成技术，实现了 IKHz30MHz的正 弦波输出，频率步进可达到1Hz,可输出调制度可调的AM信号，5KHz、lOKHz 最大频偏的FM信号，lOOKHz固定频率载波、码速10kbps的PSK, ASK信号。 采用了超宽带、超低噪声的高速运放，提高了输出电压的幅度。整个系统以 ADUC841为控制中心，有很高的精确度和稳定度。双CPU结构，大大增强了信 息的处理能力；行列式键盘输入，大屏幕LCD输出，操作简便，人机界面
2、友好。AbstractThis sine wave generator, based on the DDS new technique, can generate a sine wave with a frequency ranging from IKHz to 30MHz, which has a frequency step of 1Hz! The system can also output an AM signal with an adjustable modulation index, an FM signal with a frequency deviation of 5kHz o
3、r 10kHz, controlled by the keyboard input. Meanwhile it has a function of outputting PSK or ASK signals, with a code rate of lOkps and lOOKHz carrier. Applying the low noise, high speed ,wide pass band Op Amp, increases the output voltage amplitude. The whole system has an ADuC841 as its controller
4、center, which provides a high precision and stabilization. Two CPUs enhance the ability of processing. Matrix keyboard and large screen LCD display provide a friendly interface, which makes the operating more easy.一、方案设计与论证1.1方案比较本题目的要求是设计一个正弦信号发生器，并且能够输出模拟幅度调制(AM)信号，模 拟频率调制(FM)信号，二进制PSK、ASK信号。综合各方面
5、考虑，可以把这个系统分为几 个子模块：信号源部分、控制处理部分、AM, FM, PSK, ASK信号的产生部分，输入输 出用户接口和末级放大部分。本系统采用模块化制作，对各模块分析如下：(1)信号源部分信号源是这个系统的核心，它的成功与否，将直接影响到整个系统的性能。方案一：利用RC、LC网络产生振荡信号利用成熟的三点式晶体管振荡电路，可以通过改变电阻，电感，电容元件的参数，来改 变正弦振荡的频率。这种电路的特点是频率稳定性较好，并且很容易起振，电路简单。但是 如果要实现题目中要求的IKHz至10MHz那么宽的频率范围，很难做到，或者实现起来系 统体积太大，功耗很高，容易产生杂波，不易精确调节
6、振荡频率。因此该方案在设计之中不 予考虑。方案二：利用压控振荡器VCO产生振荡信号压控振荡器(又称为VCO或V/F转换电路)产生的波形的振荡频率与它的控制电压成正 比，因此，调节可变电阻或可变电容可以调节波形发生电路的振荡频率。利用集成运放可以 构成具有一定精度、线性较好的压控振荡器。并且，可以用数字电位器实现对电压的程控。 但是，开环VCO的频率稳定度和频率精度较低，题目中的频率范围对于压控振荡器来说太 宽，很难实现，加之压控振荡器产生的信号频率稳定度也达不到题目的设计要求。方案三：利用锁相环进(PLL)行间接频率合成这个方案是在方案二的基础上，用锁相环将VCO输出的频率锁定在所需的频率上。
7、PLL 使输出频率的稳定度和精度，接近参考振荡源(通常用晶振)，如图1所示。如果只用一个锁 相环，频率肯定覆盖不了 IKHz-lOMHz的变化范围。因此可以考虑用多个PLL进行分段锁 定。缺点是硬件复杂，增加了调试难度。因此也不采用这种方案。图1锁相环框图方案四：直接数字合成法(DDS)DDS或DDFS是 Direct Digital Frequency Synthesis的简称，通常将此视为第三代频 率合成技术，它突破了前几种频率合成法的原理，从相位的概念出发进行频率合成。这种 方法不仅可以产生不同频率的正弦波，而且可以控制波形的初始相位，还可以用DDS方法产 生任意波形(AWG)。利用专用
8、的DDS芯片产生的信号频率准确，频率分辨率高，易于控制。 而且，电路相对简单易行。综上所述，我们采用了最后一种方案作为信号源。(2)控制部分方案：采取FPGA或者CPLD控制近年来，可编程器件发展很快，在很多方面都得到了广泛的应用。采用大规模的可编程 器件来完成系统的控制是一种很不错的解决方案，它具有体积小、改动灵活的特点。用它们 作为系统的“神经中枢”，可以采用VHDL或者Verilog语言来描述。但是一般来说，复杂 可编程逻辑器件CPLD(Complex Programmable Logic Device)集成的门数目不会很多。现场可 编程门阵列FPGA(Field Programmabl
9、e Gate Array)是新一代的可编程器件，但是需要外部的 配置芯片，否则断电后，保存在RAM中的程序会丢失。这个方案特别适用于大型、高速、 复杂系统的控制，但是本系统中，考虑到成本和制作难易程度，没有采用这个方案。方案二：采取MCS51单片机作为控制中心MCS51系列单片机是一种廉价的，应用极为广泛的单片机，它体积小，功能强大。可 以用汇编或者C语言进行开发。并且这种单片机的接口电路丰富。缺点是运行速度不够快， 12个时钟周期一条指令，如果用12MHz的晶振，执行一条指令最快也要lus。因此不适合 高速的控制。方案三：采取ADuC841芯片作为主控ADuC841是美国模拟器件公司(ADI
10、)生产的内嵌MCU的高性能、多通道12位数据采 集系统芯片，它具有体积小、功耗低等诸多特点。它具有与8051兼容的内核，12个中断源、 2个优先级、双数据指针、扩展的11位堆栈指针。每条指令一个时钟周期，最大的工作时 钟为25MHz (5V时)及16MHz (3V时)。用该芯片来控制DDS,可以完美地实现系统的 指标性能要求。同时考虑到，输入输出的接口需要较多的I/O 口，而且这部分对单片机的速度要求不高, 所以在此系统中，采取了双CPU结构，即利用ADuC841作为主控，用AT89S52作为输入 输出的控制，两个CPU通过串口进行通信。(3) AM、FM、PSK、ASK信号产生部分a.调幅(
11、AM)信号的产生调幅的方法有很多，使用的场合不同，产生调幅信号的方法也有很大的不同。实现调幅的方法大致分为低电平调幅和高电平调幅。其中低电平调幅又有平方律调幅， 斩波调幅，而高电平调幅乂分集电极(阳极)调幅和基极(控制栅极)调幅。平方律调幅是载波 和调制信号通过非线性器件之后，产生丰富的频率分量，其中含有所需的调幅波边频，这些 信号通过一个带通滤波器之后，把不需要的频率分量滤掉得到调幅波。斩波调幅就是将调制 信号经过一个受载波控制的开关电路，再通过中心频率为载波频率的带通滤波器，得到调幅 波。这种电路原理简单，但实现起来有一的难度，因为对器件的要求很高，易引入干扰。调 试困难。用模拟乘法器实现
12、调幅也是常用的方法。集成模拟乘法器构成的调制器线性失真小，包 络波形好，比用分立元件所构成的调制器稳定，而且实现起来也很方便，很容易控制，并且 很稳定。所以本系统采用这种方法。b.调频(FM)信号的产生产生调频信号的也有方法很多，归纳起来主要有两类：一是用调制信号直接控制载波的 瞬时频率直接调频；二是先将调制信号积分，然后对载波进行调相，结果得到调频波， 即由调相变调频间接调频。常用的调频方法是变容二极管调频，实现起来也不困难，但 是要进一步提高灵敏度和精度，减少失真，实现数控，也不易于做到。因为系统的正弦波发生器是基于DDS芯片的，所以可以充分利用硬件资源，根据调制 信号和载波信号，用程序控
13、制DDS芯片直接输出调频信号，这样做的好处是电路简单，频 偏的改变只需要改变置入的频偏参数即可。经过我们在实验中的测试，发现这种方法的效果 良好。c.二进制PSK、ASK信号的产生在幅度键控中，载波幅度是随着调制信号而变化的。ASK(幅度键控)信号的产生，可以 把二进制序列看作一个开关信号的序列，用这个开关信号对载波进行调制，就得到了 ASK 信号。二进制相移键控(PSK)中，载波的相位随信号1或0而改变，通常用相位0和180来 分别表示1或0。相移键控信号的产生和ASK类似，可以由两个初相位不同的ASK信号 相加得到。在这个设计中，因为所采用的DDS芯片自带了 FSK、PSK、ASK的功能，
14、所以只需要 写程序控制DDS芯片，即可得到所需要的信号。从而节省了硬件开销，实现起来更加容易， 效果也好。(4)末级放大电路部分系统的输出要求在频率范围内50Q负载电阻上正弦信号输出电压的峰峰值为6V,因此 一定要在末级加上放大电路。方案：用晶体管组成放大电路用分立的晶体管元件构成的放大电路，优点是灵敏度高、能承受的较大的功率、动态 范围广等，它们的通频带也较宽。但是，分立元件组成的电路调试起来很困难，特别是在高 频段，而且容易引入噪声和失真。方案二：用运算放大器构成放大电路一个较好的解决方案是利用集成的运算放大器，但是一般的运放的频带都满足不了本 系统IKHz10MHz这么宽的范围。因此定要
15、采用低噪声，宽频带的高速运放。AD8099 和AD8039具有高达1GHz的频带，用来作末级放大，则可达到题目提出的高指标。(5)输入输出用户接口可以使用8255、8155扩展I/O 口，或者使用键盘数码管接口专用芯片，这种方案成本 较高。因为AT89s52 “物美价廉”，功能强大，所以在这个设计中，利用它作用输入输出设 备的接口控制，采用了 4X4行列式键盘，大屏幕LCD显示器。其中，LCD显示器和LED 数码管相比，有其无法比拟的优点。LED数码管无论采用静态或者动态的方式扫描，都要 占用很多的CPU硬件和软件资源。LCD自带有锁存功能，只有当要改变显示内容的时候才 需要占用软件资源，“空
16、闲”时处于锁存状态，可以和CPU断开了联系。1.2总体方案框图图2系统框图整个系统的框图如图2所示，其中左边虚线方框内所示的输入输出部分以MCUI(AT89S52单片机)为中心，右边虚线方框内所示为信号发生部分，以MCUII(ADuC841) 和DDS芯片(AD9958)为中心。二、原理分析和说明(1)正弦波的产生DDS的基本结构框图如图3所示，DDS的工作过程为：1)将存于数表中的数字波形,经数模转换器D/A,形成模拟量波形.2)两种方法可以改变输出信号的频率：a、改变查表寻址的时钟CLOCK的频率，可以改变输出波形的频率.b、改变寻址的步长来改变输出信号的频率.DDS即采用此法。步长即为对
17、数字波形 查表的相位增量，由累加器对相位增量进行累加，累加器的值作为查表地址。3) D/A输出的阶梯形波形，经低通(带通)滤波，成为质量符合需要的模拟波形正弦输出的DDS原理图如图4所示。设相位累加器的位宽为2N, sin表的大小为2p,累 加器的高P位用于寻址sin表，时钟Clock的频率为fc,若累加器按步进为1地累加直至溢 出一遍的频率为fJ out 2 N若以M点为步长，产生的信号频率为2Mx*M称为频率控制字。DDS系统的核心是相位累加器，它由一个加法器和一个位相位寄存器组成，每来一个 时钟，相位寄存器以步长增加，相位寄存器的输出与相位控制字相加，然后输入到正弦查询 表地址上。正弦查
18、询表包含一个周期正弦波的数字幅度信息，每个地址对应正弦波中0-360 范围的一个相位点。查询表把输入的地址相位信息映射成正弦波幅度的数字量信号，驱动 DAC,输出模拟量。相位寄存器每经过2N/M个ft时钟后回到初始状态，相应地正弦查询 表经过一个循环回到初始位置，整个DDS系统输出一个正弦波。输出正弦波周期为频率控制字与输出信号频率和参考时钟频率之间的关系为:f 91M =丛0 M 2n-其中N是相位累加器的字长。频率控制字5.输出信号频率成正比。通常用频率增量来表示频率合成器的分辨率，DDS的最小分辨率为与PLL不同，DDS的输出频率可以瞬时地改变，即可以实现跳频，这是DDS的一个突出优 点
19、，用于扫频测量和数字通讯中，十分方便。2 . AD9958的简介这个系统的核心：信号波形产生部分，采用了专用DDS芯片AD9958。AD9958是美国AD公司新推出的一款多通道DDS器件。它是2路带10位DAC的 500MSPS DDS,取样频率500MspS,在各路中能单独控制频率/相位/幅度，能匹配频率/相 位/幅度的变化，通路-通路之间有极好绝缘（大于72dB）。具有线性频率/相位/幅度扫描功能, 多达16级频率/相位/幅度调制，单独可编程DAC满刻度电流。有两个集成的10位DAC, 32位频率调整分辨率，14位相位失调分辨率，10位输出幅度可缩放的分辨率，有增强数据 吞吐量的串行I/O
20、 口（SPI）,软件/硬件控制降功耗，双电源工作（1.8V DDS核，3.3V串行I/O）, 内置了多种器件的同步，56引脚LFCSP封装，跳频本地振荡器。系统要求产生1 KHz到10MHz 的频率范围，频率步进为100Hz,可知，用该芯片可以很好地实现。AD9958是具有32位的相位累加器，本系统所用的外部振荡源是22.1184M的晶振。振 荡源信号经过420倍频（可程序控制）后，作为系统时钟。所以，输出信号频率的计算公式 为：从上式可以看出，频率步进最小可以达到22118400x(4-20)= 0.02 0.1”z这个设计中用5倍频，算得九少=I21 18*x520 0257”？是题目所要
21、求的步进量的3883 倍!如果已知输出频率，可以由卜式算得控制字:FTWf , x232J OU1 J22118400x5= 38.836九,3 .信号质量1）频率稳定度，等同于其时於信号的稳定度。时钟信号由晶振产生，它的频稳度优于 10-6。2）频率的值的精度,决定于DDS的相位分辨率。即由DDS的相位累加器的字宽和ROM 函数表决定。本题要求频率按100Hz步进，但实际上可以达到小于1Hz的步进。所以说DDS 可达到很高的频率分辨率。3）失真与杂波：可用输出频率的正弦波能量与其他各种频率成分的比值来描述。失真 与杂波的成分可分为以下几个部分：a.采样信号的镜像频率分量。DDS信号是由正弦波
22、的离散采样值的数字量经D/A转换 为阶梯形的模拟波形的。所以存在着以采样频率为折叠频率的一系列镜像频率分量。b.D/A的字宽决定了它的分辨率，它所决定的杂散噪声分量，满量程时，对信号的信噪 比影响可表示为S/D+N =6.02B+1.76 dB其中B为D/A的字宽，所用的DDS有10位的D/A,信噪比可达到60dB以上。c.相位累加器截断造成的杂波。这是由正弦波的ROM表样点数有限而造成的。通过提 高时钟频率或采用插值的方法增加每个周期中的点数（过采样），可以减少这些杂波分量。d.D/A转换器的各种非线性误差形成的杂散频率分量，其中包括谐波频率分量，它们在 N频率处。这些杂波分量的幅度较小。e
23、.其他杂散分量，包括时钟泄漏，时钟相位噪声的影响等。D/A后面的低通滤波器可以滤去镜像频率分量和谐波分量，可以滤去带外的高频杂散分 量，但是，无法滤去落在低通带内的杂散分量。（2）AM信号的产生图5模拟乘法器MC1496的内部电路图MC1496的内部电路如图5所示，它由差分放大器（T1T4）和差动放大器T5, T6组成，T7, T8, T9构成差动放大器T5、T6的恒流源。工作时输入信号VI加至双差分放大器的输入端8,10脚，另一输入信号V2加至差动放大器的输入端1、4脚。差动放大器的两个发射 极分别引出两个接引线端2,3,用以接入适当的反馈电阻，使V2的输入幅度的线性动态范 围满足一定的要求
24、，它还决定乘法器的增益。当VI, V2足够小时，输出电压 = K%V2，令匕=匕,” cosgrv2 = V2tn cos Cf并调节电位器，合1、4端的直流电位相等时，则v0 = KVlmV2fn cos690r cosQr = y KVltnV2nicos(6y0 +C)r+ cos(g - C)f即模拟乘法器的输出为抑制载波的调幅波。当调节1,4端的电位器，使1、4端含有直流电压Vd时，则V0 = V (V2 +%)=K匕Mm COS a)ot + ； KVymV2m cos(g + Q + ；陋黑”,cos(g - Q)t即模拟乘法器的输出为普通调幅波。由上式可得% =K%(匕+匕,)
25、=K (VD + V2m cosQr) Vlm cos co0t=K 匕“(1 +匕入05。/)(：05。1%=Vo (1 + ma cosQr)cos69f其中，Vo = KVimVD ,&即为调制度。这是调幅信号的一般表达式 V n可见，当Vd定时，调制度ma和V2m成正比关系，通过调节调制信号的幅度就可以 线性地改变调制度。题目中要求在1MHz10MHz范围内产生调制度m,uj在10%100%之 间可以程控调节的AM波。因此，只需在实验中把调制度为10%, 20%, 30%, 40%. 100% 时调制信号的幅度值保存起来，就可以根据需要输出步进量为10%的AM波了。同时，可 以扩展为调
26、制度任意调节。(3)FM信号的产生在调频或调相中，载波的瞬时频率或瞬时相位受调制信号，的控制，作周期性的变化，这变化的大小与调制信号的强度成。 /线性关系，变化的周期由调制信号的频率所决定。但已调波的1振幅则保持不变，不受调制信号的影响。它的原理示意图如图7 :6 所示。J( ； W调频信号的一般表达式为：-；*Vfm =V cosR ；式中V是FM波的振幅，如是FM信号的瞬时相位；且加)=a)ct + Kf jvn (t)dt其中3c为FM波的中心角频率，即载波频率，Kf为FM 图6调频原理示意图 波的调频灵敏度，是调制信号。频偏就是调频波频率摆动的幅度，一般说的是最大频偏。下面以最大频偏为
27、lOKHz, 正弦调制信号为IKHz为例说明用DDS产生调频信号的方法。因为调制信号频率为IKHz,即它的周期为1ms,所以输出的调频信号频率以1ms为周 期变化；最大频偏为lOKHz,所以输出信号的频率最大为fb+10KHz(fc为载波频率)，最小 为fb-10KHz。建立一个正弦函数表(以时间为横轴取100个点)，得到下表点值序号k012345Y=sin(2*pi*k/100)00.0627910.1253330. 1873810.248690.309017delta f=100*Y0627. 90521253. 3321873.8132486. 8993090. 17控制字的变化值024
28、385. 4248674. 672771.6896581.57120010.3点值序号k949596979899Y=sin(2*pi*k/100)-0. 36812-0. 30902-0.24869-0.18738-0.12533-0.06279delta f=100*Y-3681.25-3090. 17-2486. 9-1873.81-1253. 33-627. 906控制字的变化值-142965-120010-96581.6-72771.7-48674. 6-24385. 5读取一个控制字的变化值加上到当前的中心频率每隔lms/100=10us,单片机从上表中控制字，即可输出符合要求的调频
29、信号。(4)PSK、ASK信号的产生ASK幅度键控，即传信号时，发送载波，传“0”信号时，送0电平，所以也称这种调 制为通(on)、断(off)键控，即OOK。其实现模型和调制波形分别如图7和图8所示。栽波开关电路图7 ASK信号实现模型图8 ASK信号波形图ASK信号的时间表示式为：ssk = s) cos 0cz=- nT5) cos Q3ct n 其中：=1o 概率为尸为空号时域波形为gi),频域为5(7) 概率为1-尸为传号 时域波形为g2)，频域为G2。)s为随机的单极性矩形脉冲序列。绝对相移键控(PSK),即传力”信号时，发起始相位为7t的载波，传“0”信号时，发起始 相位为0的载
30、波，或者取其相反的形式。2PSK的实现方式和调制波形如图9和图10所示。载波,开关I 0 I 二.V _ 式X S”。)移和1图9 PSK信号实现模型1co 1岛o图10PSK信号波形图可见，2PSK信号的时间表达式为6咏(0 - Z* -*)8$。(6 2-13)N其中，JI概率为P1修率为1-PAD9958芯片自带有ASK, PSK调制功能，通过设置相应的寄存器就可以输出所需的调 制信号，十分方便，用软件就可以实现，不用增加硬件资源。要产生二进制PSK、ASK信号，在lOOKHz(fb)固定频率载波进行二进制键控，二进制 基带序列码速率固定为lOkps(Rs),可得，码元周期：T=l/10
31、K=0.1ms。利用单片机内部的定 时器定时0.1ms,同时根据二进制序列，决定输出波形的幅度，相位，频率，即可完成调制。三、系统方案设计1 .硬件设计(1)电源电路本系统的直流稳压电源采用通常的全波整流、大电容滤波、三端固定输出的电路。输入 市电220V/50HZ,经过变压器后，降压为9V交流电，全波整流后加到各三端稳压器的滤 波电容匕因为本系统采用高速度低电压的器件，各芯片所需的电压值不同，所以要用儿种 不同的三端稳压器。末级放大器需6V, AD9958需+3.3V和+1.8V, ADuC841需+3.3V, AT89s52需+5V,对应的三端稳压器为：7806, 7906, 117-3.
32、3, 117可调，7805。所有的集 成稳压器根据功耗均安装有充分裕量的散热片。图11是电源的部分电路图。值得提的是，为了提高系统的可靠程度，减少电源偶然波动对电路的影响，在设计的 过程中，在每个芯片的电源和地引脚的附近都加了 O.luF的滤波电容，在电源网络中还加了47uH的电感作为高频扼流圈，进一步提高了电源的稳定。图11电源部分电路图(2)单片机系统及DDS电路本系统采用双CPU结构，ADuC841负责控制DDS芯片，AT89S52负责输入输出部分 的控制及输入内容的处理，它们之间通过串口进行通信。为了保证通信正确，采用了累加和 校验。为了使得下次开机时，输出信号为用户预设值，需加一个E
33、EPROMo设计中用24C256, 它是一款串行的、12c协议通信的32KByte的EEPROM,(3)末级放大电路鉴于DDS输出的是电流值，我们采用了电阻取样，把电流信号转为电压信号(约 500mA)o为了增加电路的驱动能力，满足题目所要求的幅度输出，加了末级放大电路。实 际上是利用AD8039, AD8099组成两级放大电路，分别放大3倍和5倍，再加一级跟随器 作为缓冲。运放用双6V供电，题目中要求6Vpp,因此一定可以达到指标。(4)真有效值检波电路DMMOO?18HXWuF JH4IMW*MOO?D?I MOO?为了同时显示的预设和实际的信号电压值，必须对输出的信号进行检测，设计中运用
34、了 真有效值芯片AD8361,测得的电压有效值反馈到ADuC841单片机，经过处理后，再通过 串口发送到AT89s52单片机，送到LCD显示出来。2 .软件设计本系统软件主程序采用结构化程序设计方法，功能模块各自独立。接口部分单片机软件流程图如下：信号控制部分软件流程图女率值前频率进值LCD显示频率值发送频率值等待接收实际输出电压值LCD显示频率值开,系统初四、系统测试与数1测试方法电压设置(1)输出正弦波的幅度，频率，失真度测量。从键盘设置频率和电压幅度值后，用毫伏表测量输出信号的幅度，用频率计测量频率， 用失真仪测量信号的失真度。同时，利用示波器监视信号波形。因为本系统的频率步进要求输出A
35、M波为100Hz,但是频率范围很聿中，采用了最常用的1-2-5Hz,所以不可宥调都作测量。实际测量(2)幅度调制(AM)信号 根据AM调制度的定 义，从图12可知，A-B m, =xlOO%“A + B用示波器观察AM波，通 过读取上面的刻度，便可 以测得调制度。(3)PSK, ASK 信号的 测量。利用示波器即可以观砂频率。号幅度UO检测彳真有W图12调幅波调制度的测量发关 真有乡察到系统产生的二进制PSK、ASK信号是否山已知的二进制基带序列信号调制而来。2 .测试仪器V252型模拟示波器TDS 2002数字示波器EM2171毫伏表DF4120A失真仪5315A型频率计3 .测试数据及其分
36、析正弦波测得的数据如卜表所示设置的频率100Hz200Hz500HzIKIIz2KHz5KHz实际输出频率100. 000Hz200. OOOHz500. 022Hz1. 00005KHz2. 0009KHz5. OOOKHz示波器显示电压(V)5. 845.85. 905. 895. 845. 86系统显示电压(V)5. 865. 865. 925.915. 905.91失真度0.14000%0.13000%0. 11000%0. 08200%0. 07200%0. 06000%设置的频率lOKHz20KHz50KHzlOOKHz200KHz500KHz实际输出频率10.OOOKHz20.
37、001 KHz50. 0025KHx100.005KHz200. 01 KHz500. 025KHz示波器显示电压(V)5. 845. 885. 875. 845. 855. 88系统显示电压(V)5.915. 935. 935. 955. 955. 95失真度0. 05600%0. 05400%0. 05400%0. 05600%设置的频率1MHz2MHz5MHz10MHz15MHz20MHz实际输出频率1. 0005MHz2.001MHz5. 00025MHz10. 0005MHz15.0007MHz20. 001 MHz示波器显示电压(V)5. 895. 926. 166. 406. 4
38、85. 44系统显示电压(V)5. 965. 986. 046. 025. 695. 77失真度设置的频率25MHz实际输出频率25. 0012MHz示波器显示电压(V)4. 04系统显不电压(V)4. 38失真度实验室所用的失真仪量程只有lOOKHz,所以在高频段测不到失真度，但是用示波器观 察时无明显失真。真有效值测出的电压幅度和示波器测出的有差别，原因主要是示波器的探 头有一定的衰减，而且，在测量中，用不同的示波器，显示的幅度也不同。从上表中可以看出，正弦波的频率范围，频率步进，频稳度，幅度，失真度都优于要 求。(2)AM 波测试数据如下表所示输入调制度10%20%30%40%50%实际
39、调制度10. 10%20.02%29. 95%40.00%50.01%输入调制度60%70%80%90%100%实际调制度60. 02%69. 99%80. 00%89. 99%100%从上表可以看出，调制的效果很好地满足了指标要求。(3)FM 波因为FM信号的频率的瞬时频率是不断地变化的，所以用示波器来观察其波形时，得不 到稳定的输出。在本测量中，利用了数字示波器自带的FFT测试仪，来观察FM信号的频 谱分布，从而测出它的实际频偏频。通过测量可知，实际频偏可以达到lOKHz和5KHz的 最大频偏。(4)ASK、PSK 信号ASK信号很容易通过示波器来验证，观察PSK信号时，要将示波器的“po
40、sition”拉出， 然后“寻找”相位突变点，也可以用数字示波器的“run/stop”键来捕捉相位突变点。通过测试发现，每个码元含有10个载波周期，因此符合lOOKHz载波，10kbps码速的 要求。4 .调试结论这个系统不仅实现了题目要求的全部基本要求，而且出色地完成了发挥部分，每项指 标都达到甚至优于题目的指标要求。五、总结本系统以高性能DDS芯片AD9958为核心，利用ADuC841和AT89S52单片机为控制 中枢，力口上MC1496,AD8039,AD8099相配合，硬件与软件相结合，完美地实现了题目提出 的指标。在系统设计过程中，力求硬件电路简单，充分发挥软件编程灵活的特点，来满足
41、系 统的设计要求。当然，因时间和水平有限，系统还有很多值得改进的地方。例如采用更加高 精度的元器件，软件算法可以进一步完善等等。在设计过程中，遇到了一些困难和突发事件，通过仔细分析和自我调整，不断地对电路 进行调试，最后解决了问题。在这个过程中我们学到了共同协作，体会到了团队精神的重要 性，提高了解决问题的能力。六、附件(电路总图)SIS4Sil70iF C21TO.luFCCCCI2730|-7T VCCz = nD C2I：正弦信号发生器2华南理工大学电子与信息学院任务设计制作一个正弦波信号发生器二，要求1, 基本要求(1) 正弦波输出频率范围：IKHz10MHz(2) 旧有频率设置功能，
42、频率步进：100Hz(3) 输出信号频率稳定度：优于KT,(4) 输出电压幅度：在50欧姆负载电阻上的电压峰峰值匕卬N W(5) 失真度：用示波器观察时无明显失真2, 发挥部分再完成基本要求任务的基础上，增加以下功能(1) 增加输出电压的幅度：在频率范围50欧姆负载电阻上正弦信号输出电压的峰一峰值匕即=6V IV(2) 产生模拟幅度调制(AM)信号，在1MHz10MHz范围内调制度m “可在10沱100%之间程控调节，步进10%,正弦调信号频率为IKMz,调制信号自行 产生。(3) 产生模拟频率调制(FM)信号：在100KMz10MHz频率范围内产生10KHz最大频偏，且频偏可分为5KHz/l
43、OKHz二级程控调节，正弦调制信号自行产生。(4) 产生PSK, ASK信号；在lOOKHz固定频率载波进行二进制键控，二进制基带序列码速率固定为lOOkps,二进制基带序列自行产生。(5) 其他。摘要：本正弦波发生器由以下四部分组成：MCU(Atmel AT89S52), DDS频率合成器(AD9850),输出缓冲放大器(LMH6624),人机接口界面(包括4*4矩阵键盘和液 晶显示器)。MCU单元负责控制一切外设的运作。DDS (数字频率合成器)实现输出正弦拨。 输出缓冲放大器采用高速电流型反馈运算放大器(LMH6624),以增强带负载的驱动能力。 用户可通过键盘设定相应的系统参数(频率值
44、)，系统将立即将当前频率值反馈到液晶显示 器上。关键字：数字频率合成高宽频放大器DDSAbstractThe sine wave generator mainly consists of four parts: MCU (AT89S52), DDS frequency synthesizer(AD9850), Output buffer amplifier(LMH6624) and Man-Machine-Interface Module(including 4*4 keybroad and LCD). MCU unit is used to control operations of all
45、 the peripherals. The DDS frequency synthesizer is responsible for generating sine-wave signal with the exact frequency specified by user. The Output Opamplifier takes the advantage of high-speed current-feedback Op(LMH6624) and is to enhance the load-driving capability. The Man-Machine-Interface is an way of communication betw