双路输出调频调幅调相的正弦波.docx

1、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 DDS AD9851 AD603Design and realization of sine sig

2、nal generator based on AD9851 CHENG Zhi-bin (Fujian polytechnic of information technology, Fujian Fuzhou 35003)Abstract: This design is based on the direct data frequency synthesis (DDS) technology, MCU AT89S51 is used to drive the AD9851, This design can generate sine signal and change the frequenc

3、y and amplitude. Introduce the design of hardware interface circuit and the key technology of changing the frequency and amplitude.Keywords: sine signal generator DDS AD9851 AD603一、引言3二.系统方案32.1整体设计方案32.2主要模块方案比较与论证42.2.1信号发生器的设计方案42.2.2信号发生器的设计方案52.2.3显示方式选择52.2.4键盘输入方式选择62.2.5控制模块的设计方案62.2.6.程控放器电

4、路的设计方案6三、主要模块硬件设计73.1单片机主控模块73.2低通滤波模块73.2.1AD603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

5、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

6、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

7、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1KHZ10KHZ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

8、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

9、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

10、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5dB 带宽45MHz： 一ldB 到,tdB 带宽90MHz： 1ldB 到31dB4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：13nV(Hz)”6 典型的增益精确度：O5dB7 输人电阻： lO08输人电容： 2pF9输出电阻： 210 转换速率： 2

11、75VuS11 最大输人电压：14V12 最大输出电压：30V13 增益控制口共模输人电压：最大20V，最 小一12V14增益控制口输人阻抗：50M1215 增益控制口差动电压：-500mVVc500mV16 增益和电压的换算系数：25mV/dB17 供电电源范围4.75V-5.25V18 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

12、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：D0D7：8 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

13、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(+5)。DGND：数字地。图 5DVDD：数字电源(+5)。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

14、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1.11v1.25v1.34v1.66v1.92v2.24v2.50v2.82v3.36v3.52v3.70v3.84v4.04v4.22v4.40v4.58v4.72v4.90v5.10v5.40v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，19972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，20033 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，19904 何立民。单片机应用系统设计。北京航空航天大学出版社，19935 ANAI OG DEVICESI OW Noise，90MH Variable Gain Amplifier AD6036 John BeekerEPE Virtual ScopeEveryday Practica Electronics，January 1998(60 61)