微机原理及接口技术课程设计.docx
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微机原理及接口技术课程设计
机电工程系
微机原理及接口技术
课程设计
题目：
正弦信号发生器设计
专业：
机械设计制造及其自动化
班级：
姓名：
学号：
指导教师：
（写上日期）2010年6月25
课程设计设计名称及要求
名称：
正弦信号发生器设计
要求：
正弦信号的离散值存放在内存的某一连续区域中，这些离散值
经由D/A转换器转换成模拟量以形成正弦信号。
设计查询式输出系统结构图和完整的汇编语言程序。
目录
1.引言-------------------------------------------------1
2.系统总体设计方案-------------------------------------1
3.理论分析与计算---------------------------------------2
3.1调幅信号----------------------------------------2
3.2调频信号-----------------------------------------2
3.3PSK和ASK信号------------------------------------2
4.主要功能电路设计------------------------------------3
5.系统软件设计----------------------------------------5
6.系统程序--------------------------------------------6
7.系统图----------------------------------------------9
8.参考文献--------------------------------------------10
9.小结------------------------------------------------11
10.感想-----------------------------------------------12
设计内容
设计说明及计算过程
备注
1引言
2
系统总体
设计方案
1引言
为了精确地输出正弦波、调幅波、调频波、PSK及ASK等信号，并依据直接数字频率合成（DirectDigitalFrequencySvnthesizer，简称DDFS）技术及各种调制信号相关原理，设计了一种采用新型DDS器件产生正弦波信号和各种调制信号的设计方法。
采用该方法设计的正弦信号发生器已广泛用于工程领域，且具有系统结构简单，界面友好等特点。
2系统总体设计方案
图1给出系统总体设计方框图，它由单片机、现场可编程门阵列（FPGA）及其外围的模拟部分组成。
在FPGA的内部数字部分中，利用FPGA内部的总线控制模板实现与键盘扫描、液晶控制等人机交互模块的通信，并在单片机与系统工作总控制模块之间的交互通信中起桥梁作用。
系统工作总控制可统一控制各个时序模块；各时序模块用于完成相应的控制功能。
在模拟部分中，利用无源低通滤波器及放大电路，使AD9851型DDS模块的输出信号成为弦波和FM调制信号；再利用调幅电路，使FPGA内部DDS模块产生的信号与AD9851输出的载波信号变为调幅信号，同时在基带码控制下通过PSK/ASK调制电路得到PsK和ASK信号。
最后，各路信号选择通道后，经功率放大电路驱动50Ω负载。
设计内容
设计说明及计算过程
备注
3
理论分析与计算
图1系统总体设计方框图
3理论分析与计算
3．1调幅信号
调幅信号表达式为：
式中：
ω0t，ωt分别为调制信号和载波信号的角频率；MA为调制度。
令V（O）=Vocos（ω0t），V（ω）=MAcos（ωt），则V（t）=V（O）+V（O）V（ω）。
故调幅信号可通过乘法器和加法器得到；通过改变调制信号V（ω）的幅值改变MA，V（ω）的范围为0．1～lV，MA对应为10％~100％。
3．2调频信号
采用DDS调频法产生调频信号，具体实现方法：
通过相位累加器和波形存储器在FPGA内部构成一个DDS模块，用于产生1kHz的调制信号。
其中，波形存储器的数据即为调制信号的幅度值。
将这些表示幅度值的数据直接与中心频率对应的控制字相加，即可得到调频信号的瞬时频率控制字，再按调制信号的频率切换这些频率控制字，即可得到与DDS模块输出相对应的调频信号。
3．3PSK和ASK信号
ASK信号是振幅键控信号，可用一个多路复用器实现。
当控制信号为1时，选择载波信号输出；当控制信号为0时，不选择载波信号输出；当控制信号由速率为10Kb／s的数字脉冲序列给出时，可以产生ASK信号。
PSK信号是移
设计内容
设计说明及计算过程
备注
4
主要功能电路设计
相键控信号，这里只产生二相移相键控，即BPSK信号。
它的实现方法与ASK基本相同，只是在控制信号为0时，选择与原载波信号倒相的输出信号，该倒相信号可由增益倍数为l的反相放大电路实现。
4主要功能电路设计
图2给出调幅电路。
它采用ADI公司的乘法器AD835实现。
该器件内部自带加法器，可直接构成调幅电路。
图3给出PSK／ASK电路。
它主要由多路复用器和移相器构成。
其中，移相器采用Maxim公司的高速运算放大器MAX477所构成的反相放大电路实现，多路复用器采用ADI公司的AD7502。
当两条通道选择控制线A1AO为ll时，输出原信号；当A1A0为00时，输出原信号的反相信号；当A1A0为01时，无信号输出。
这样只要FPGA按固定速率通过Al和AO两条控制线给出基带序列信号，就能相应输出PSK和ASK信号。
图2调幅电路
FPGA内部DDS调频电路由分频器、累加器、ROM和AD985l时序控制电路构成。
分频器用于得到20kHz的信号，作为AD985l控制字的切换频率；ROM中存储了1kHz的正弦波表，接收累加器给出的控制字切换信号，同时向AD985l时序控制模块发送频偏控制字；AD985l时序控制电路根据中心频率并结合频偏控制字向AD985l器件发送频率控制字，以实现DDS调频。
设计内容
设计说明及计算过程
备注
4
主要功能电路设计
图3PSK/ASK电路
功率放大电路由ADI公司的高速运算发大器AD811和T1公司的缓冲器BUF*构成，如图4所示。
AD8ll采用同相放大器接法，将输入信号放大到电压峰峰值为6V；后级缓冲电路用于提供足够的输出电流，使负载的输出电压峰值稳定在6V。
由于AD81l的输出电流较大，所以在AD811与缓冲器之间串接了一只lkΩ的电阻用于限流。
电路调试时发现．输出高频信号有衰减。
经过分析获知，主要原因在于后级缓冲器有8pF的等效输入电容（见图4中虚线），该电容影响电路的高频响应。
于是在AD811输出与BUF*输入之间接入了一只330nF的补偿电容，补偿后的电路高频响应效果良好。
图4功率放大电路
设计内容
设计说明及计算过程
备注
5
系统软
件设计
5系统软件设计
该系统软件采用结构化和层次化的设计方法。
前者指相应的基本功能模块利用底层处理子程序所处理的数据，向上层全功能模块提供处理后的数据；后者指利用前者的接口完成该模块功能。
最后由主程序调用全功能模块构建系统。
图5给出程序流程图。
图5程序流程图
整个程序以按键中断为主线，分为正弦波、调幅波、调频波、键控波4种输出模式和1个复位模式。
在不同的模式下分别执行相应的子程序，最后分别向FPGA写入相应的控制字。
设计内容
设计说明及计算过程
备注
6
系统程序
6系统程序
SETBTR0
SINWAV：
MOVR0，#00H
SINLP1：
MOVDPTR，#SINTAB
MOVA，R0
MOVCA，@A+DPTR
MOVDPTR,#0FFFEH
MOVX@DPTR,A
SINLP2:
JNBTF0,SINLP2
CLRTF0
INCR0
CJNER0,#13H,SINLP1
SINLP3:
MOVDPTR,#SINTAB
MOVA,R0
MOVCA,@A+DPTR
MOVDPTR，#0FFFEH
MOVX@DPTR,A
设计内容
设计说明及计算过程
备注
6
系统程序
SINLP4：
JNBTF0，SINLP4
CLRTFD
DECR0
CJNER0，#00H,SINLP3
SINLP5:
MOVDPTR，#SINTAB
MOVA，R0
MOVCA,@A+DPTR
CPLA
MOVDPTR，#0FFFEH
MOVX@DPTR，A
SINLP6：
JNBTF0，SINLP6
CLRTF0
INCR0
CJNER0，#13H，SINLP6
设计内容
设计说明及计算过程
备注
6
系统程序
SINLP7：
MOVDPTR，#SINTAB
MOVA,R0
MOVCA，@A+DPTR
CPLA
MOVDPTR,#0FFFEH
MOVX@DPTR,A
SINLP8：
JNBTF0，SINLP8
CLRTF0
DECR0
CJNER0，#OOH，SINLP7
SJMPSINWAV
SINTAB：
DB7FH，89H，94H，9FH，0AAH，0B4H,
0BEH，OC8H，
0D1H，0D9H
DBOEOH，0E7H，0EDH，OF2H，0F7H，
0FAH，0FCH，
0FEH，OFFH
设计内容
设计说明及计算过程
备注
7
系统图
7系统图
参考文献
（1）童诗白《模拟电子技术基础[M]》北京.高等教育出版社，2003年
（2）潘永雄，刘向阳《电子电路CAD实用教程[M]》西安电子科技大学出版社,2001年
（3）周明德《微机原理与接口技术》2003年
（4）《微型计算机技术及应用》戴梅萼2004年
（5）《微机原理实验与课程设计指导书》陆宏伟中国电力出版社2006年
总结
历经了一个多周的奋战，紧张而又充实的课程设计终于落下了帷幕。
回想这段日子的经历和感受，我感慨万千，在这次课程设计的过程中，我拥有了无数难忘的回忆和收获。
当课题题目定下来的时候，我当时便立刻着手资料的收集工作中，当时面对浩瀚的书海真是有些茫然，不知如何下手。
在搜集资料的过程中，我认真准备了一个笔记本。
我在学校图书馆，在网上查找各类相关资料，将这些宝贵的资料全部记在笔记本上，尽量使我的资料完整、精确、数量多，这有利于课程设计的撰写。
然后我将收集到的资料仔细整理分类，及时拿给同学大家进行沟通。
经过课程设计的完成，我对微机原理及接口技术这门课有了更加深刻的认识，掌握了以前不清楚的重点和难点，更加完善了知识体系。
感想
课程设计是在教学过程的最后阶段采用的一种总结性的实践环节。
通过课程设计，我们要学会能综合应用所学的各种理论知识和技能，进行全面、系统、严格的技术及基本能力的训练。
回顾此次课程设计，我感受很深。
从最初的课题题目下来到完成课题设计，我在其中学习到了很多的东西。
通过这次课程设计，我巩固了以前所学的知识，而且也学到了很多书本上没有的知识。
并且体会到理论和实践相结合的重要性，光有理论知识是不够的，只有把所学的理论知识与实践相结合，才能真正地为社会服务。
通过本次课程设计体会到自己对以前所学过的知识理解的不够深刻，掌握的不够牢固。
明白了今后我们还有很多的东西要学习，我们要培养再学习的能力。
在本课题设计过程中，孙尚祥老师半年来对我这门课程的每个环节的悉心教导，严格要求，给我创造了很多的锻炼机会，使我在课程设计完成的过程中进一步提升了自己的学识。
学习中老师严谨的治学态度，敏锐的学术洞察能力是我等学生的学习模范，老师的孜孜不倦的教学态度一直激励着我不断的学习进步。
我衷心的感谢老师这半年来对我的教导。
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