双路输出调频调幅调相的正弦波.docx

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双路输出调频调幅调相的正弦波

摘要：

本系统采用用单片AT89C52作为系统的主控核心，直接数字式频率合成（简称DDS），用随机读/写存储器RAM存储所需波形的量化数据，按不同的频率要求以频率控制字K为步进对相位增量进行累加，以累加相位值作为地址码读取存放在存储器内的波形数据。

由于使用DDS芯片，输出的信号含有大量的杂散波，为使产生的信号平滑，需要对输出信号进行滤波。

设计采用电感和电容构成7阶切比雪夫滤波器，并为了提高单片机的资源利用率,按键使用矩阵键盘，采用LCD液晶显示。

关键词：

正弦信号发生器DDSAD9851AD603

DesignandrealizationofsinesignalgeneratorbasedonAD9851CHENGZhi-bin

（Fujianpolytechnicofinformationtechnology,FujianFuzhou35003）

Abstract:

Thisdesignisbasedonthedirectdatafrequencysynthesis（DDS）technology,MCUAT89S51isusedtodrivetheAD9851,Thisdesigncangeneratesinesignalandchangethefrequencyandamplitude.Introducethedesignofhardwareinterfacecircuitandthekeytechnologyofchangingthefrequencyandamplitude.

Keywords:

sinesignalgeneratorDDSAD9851AD603

一、引言…………………………………………………3

二.系统方案……………………………………………………3

2.1整体设计方案……………………………………………3

2.2主要模块方案比较与论证……………………………4

2.2.1信号发生器的设计方案…………………………4

2.2.2信号发生器的设计方案…………………………5

2.2.3显示方式选择……………………………………5

2.2.4键盘输入方式选择………………………………6

2.2.5控制模块的设计方案……………………………6

2.2.6.程控放器电路的设计方案……………………6

三、主要模块硬件设计……………………………………7

3.1单片机主控模块…………………………………7

3.2低通滤波模块………………………………………7

3.2.1AD603的特性及应用领域……………………7

3.3控制模块………………………………………………9

四、软件设计……………………………………………11

五、测量结果与分析……………………………………12

六、参考文献…………………………………………….12

一、引言

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。

要实现两路信号具有确定的相位差，通常有两种实现方法：

—‘种是采用移相器实现，如阻容移相网络、电感移相器、感应分压器移相器等。

这种方法有许多不足之处，如移相精度受元件特性的影响大、移相精度差、移相操作不方便、移相角受负载和时间等因素的影响而漂移等；另一种是采用数字移相技术，这是目前移相技术的潮流。

数字移相技术的核心是先将模拟信号或移相角数字化，移相后再还原成模拟信号。

本文采用直接数字频率合成技术设计了双通道正弦信号发生器，可以输出两路频率相同、相位差可调的正弦信号。

两通道还可以独立使用，分别进行调频、调幅及调相。

该信号发生器具有频率稳定度高及调频、调相迅速的优点。

二、系统方案

2.1整体设计方案

根据题目要求，系统可分为6个基本模块，包括单片机主控模块、滤波电路、显示模块、输入模块、控制模块、，出于成本考虑和对51掌握的熟练程度，采用STC89C52单片机作为控制芯片，系统框图如下所示：

2.2主要模块方案比较与论证

2.2.1信号发生器的设计方案.正弦拨发生器是设计的核心部分

方案一：

采用集成函数发生器产生的波形

利用函数发生器如（ICL8038）产生频率可变的正弦波、方波、三角波。

此方案实现电路复杂，难于调试，实现波形难度大,且要保证技术指标困难，故采用此方案不理想。

方案二：

采用传统的直接频率法直接合成

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。

但采用了大量的倍频、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于达到较高的频谱纯度。

方案三：

采用琐相环间接合成（PLL）

虽然具有工作批频率高、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，锁定时间长。

另外由模拟方法合成的正弦波的参数（如幅度频率和相位等）都很难控制，而且要实现1KHZ~10KHZ大范围的频率变化相当困难，不易实现。

方案四：

采用直接数字式频率合成（简称DDS）

用随机读/写存储器RAM存储所需波形的量化数据，按不同的频率要求以频率控制字K为步进对相位增量进行累加，以累加相位值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，再滤波就可以得到所需要波形。

由于DDS具有相对带宽，频率转换时间极短（可小于20uf）,频率分辩率高，全数字化结构便于集成等优点，以及输出相位连续，频率、相位和幅度均可实现程控，因此，可以完全满足本题的要求。

2.2.2滤波电路的设计方案

由于使用DDS芯片，输出的信号含有大量的杂散波，为使产生的信号平滑，需要对输出信号进行滤波。

设计采用电感和电容构成7阶切比雪夫滤波器。

2.2.3显示方式选择

方案一：

采用LED数码管显示

虽然只能显示数字和一些简单的字符，但是控制简单，功耗低。

方案二：

采用1602LCD液晶显示

能够显示个种字符和多组字符一起显示，可以有较好的人机界面。

，本系统选用方案二。

2.2.4键盘输入方式选择

方案一：

采用传统的独立式按键

这种方式占用系统资源较多，并且效率低，程系编写大量而复杂。

方案二：

采用举矩阵键盘

按键使用矩阵键盘，键盘与单片机连接，这种方可以提高单片机的资源利用率,充分的提高了单片机的工作效率。

所以采用第二种方案.

2.2.5控制模块的设计方案

方案一：

用单片AT89C52作为系统的主控核心

单片机具有体积小，使用灵活的，易于人机对话和良好的数据处理，有较强的指令寻址和运算功能等优点。

且单片机功耗低，价格低廉的优点。

2.2.6.程控放器电路的设计方案

方案一：

采用分立元件构成放大输出电路

放大电路复杂，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器

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。

方案三：

采用可编程集成功率放大器

电路简单，控制灵活，失真小，输出电压容易控制。

综合比较，选择方案三,采用可编程功率放大器AD603。

三、主要模块硬件设计

3.1单片机主控模块

3.2低通滤波模块

3.2.1.AD603的特性及应用领域

1特性（+5V供电）

2增益在dB（分贝）上的变化是线性的

3可通过管脚的不同连接确定频带宽度，不同的带宽有不同的增益范围：

带宽9MHz：

9dB到5]dB

带宽45MHz：

一ldB到,t]dB

带宽90MHz：

1ldB到31dB

4带宽确定时，增益的变化不会影响带宽

5输人噪声频谱密度：

1．3nV／（Hz）”

6典型的增益精确度：

±O．5dB

7输人电阻：

lO0Ω

8输人电容：

2pF

9输出电阻：

2Ω

10转换速率：

275V／uS

11最大输人电压：

±1．4V

12最大输出电压：

±3．0V

13增益控制口共模输人电压：

最大2．0V，最

小一1．2V

14增益控制口输人阻抗：

50M12

15增益控制口差动电压：

-500mV≤Vc≤500mV

16增益和电压的换算系数：

25mV/dB

17供电电源范围±4.75V--±5.25V

18正常温度范围-40C---50C

管脚1：

GPOS增益控制电压正相输入端（加正电压增大增

益）

管脚2：

GNEG增益控制电压反相输入端（加负电压增大增

益）

管脚3：

VINP运放输入端

管脚4：

Ct）MIvl运放接地端

管脚5：

FSBK反馈同络连接端

管脚6：

VENG负供电电源端

管脚7：

VOUT运放输出端

管脚8：

VPOS正供电电源端

3.3AD9851控制模块

AD9851可以产生一个频谱纯净、频率和相位都可编程控制且稳定性

很好的模拟正弦波，这个正弦波能够直接作为基准信号源，或通过其

内部高速比较器转换成标准方波输出，作为灵敏时钟发生器来使用。

AD9851的各引脚功能如下，引脚排列，如图5：

D0～D7：

8位数据输入口，可给内部寄存器装入40位控制数据。

PGND：

6倍参考时钟倍乘器地。

PVCC：

6倍参考时钟倍乘器电源。

W-CLK：

字装入信号，上升沿有效。

FQ-UD：

频率更新控制信号，时钟上

升沿确认输入数据有效。

FREFCLOCK：

外部参考时钟输入。

CMOS/TTL：

脉冲序列可直接或间接地

加到6倍参考时钟倍乘器上。

在直接方式中，输入频即是系统时钟；在6倍参考时钟倍乘器方式，系统时钟为倍乘器输出。

AGND：

模拟地。

AVDD：

模拟电源（+5Ｖ）。

DGND：

数字地。

图5

DVDD：

数字电源（+5Ｖ）。

RSET、DAC：

外部复位连接端。

VOUTN：

内部比较器负向输出端。

VOUTP：

内部比较器正向输出端。

VINN：

内部比较器的负向输入端。

VINP：

内部比较器的正向输入端。

DACBP：

DAC旁路连接端。

IOUTB：

“互补”DAC输出。

IOUT：

内部DAC输出端。

RESET：

复位端。

低电平清除DDS累加器和相位延迟器为0Hz和0相位，同时置数据输入为串行模式以及禁止6倍参考时钟倍乘器工作。

四、软件设计

按1按2按3按4按5按6按7按8

五、测量结果与分析

在1KHz的频率下，测得的幅度步进值如下表所示

1.11v

1.25v

1.34v

1.66v

1.92v

2.24v

2.50v

2.82v

3.36v

3.52v

3.70v

3.84v

4.04v

4.22v

4.40v

4.58v

4.72v

4.90v

5.10v

5.40v

六、参考文献

[1]余永权.Flash单片机原理及应用.北京：

电子工业出版社，1997

[2]全国大学生电子设计竞赛组委会．全国大学生电子设计竞赛获奖作品汇编[M】·北京：

北京理工大学出版社，2003·

[3]李华。

MCS-51系列单片机使用接口技术。

北京航空航天大学出版社，1990

[4]何立民。

单片机应用系统设计。

北京航空航天大学出版社，1993

[5]ANAIOGDEVICES．IOWNoise，90MHVariableGainAmplifierAD603

[6]JohnBeeker．EPEVirtualScope．EverydayPracticaElectronics，January1998（6061）