正弦信号发生器L

1、STM32课程设计幅度可调的标准1KHZ正弦信号发生器学院： 专业：姓名：学号： 正弦信号发生器一， 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：1KHz10MHz（2） 旧有频率设置功能，频率步进：100Hz（3） 输出信号频率稳定度：优于（4） 输出电压幅度：在50欧姆负载电阻上的电压峰峰值（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峰值（2） 产生模拟幅度调制（AM）信号，在1MHz10MHz范围内调制度可在10%100%之

2、间程控调节，步进10%，正弦调信号频率为1KMz，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/10KHz二级程控调节，正弦调制信号自行产生。（4） 产生PSK，ASK信号；在100KHz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100kps，二进制基带序列自行产生。（5） 其他。一， 方案论证与比较1 常见的正弦波制作方法方案一：采用模拟分立元件或者单片压控函数发生器MAX038，可产生正弦波，方波，三角波，通过调整外部参数可改变输出频率，但采用模拟器件由于元件分散性太大，即使使用单片函数发

3、生器，参数也与外部分布参数相关，频率稳定度差，精度低，抗干扰能力低。方案二：采用锁相式频率合成方案。优点在于频率稳定，频率范围比较大，。但是频率受VCO可变频率范围的影响，高低频率比不可以做的很高。方案三：采用DDS，即使用DDS芯片，这是目前比较常用的方案。3， 方案论证：在频率合成（FS, Frequency Synthesis）领域中，常用的频率合成技术有模拟锁相环、数字锁相环、小数分频锁相环（fractional-N PLL Synthesis）等，直接数字合成(Direct Digital SynthesisDDS)是近年来新的FS技术。单片集成的DDS产品是一种可代替锁相环的快速频

4、率合成器件。DDS是产生高精度、快速变换频率、输出波形失真小的优先选用技术。DDS以稳定度高的参考时钟为参考源，通过精密的相位累加器和数字信号处理，通过高速D/A变换器产生所需的数字波形（通常是正弦波形），这个数字波经过一个模拟滤波器后，得到最终的模拟信号波形。如图2所示，通过高速DAC产生数字正弦数字波形，通过带通滤波器后得到一个对应的模拟正弦波信号，最后该模拟正弦波与一门限进行比较得到方波时钟信号。DDS系统一个显著的特点就是在数字处理器的控制下能够精确而快速地处理频率和相位。除此之外，DDS的固有特性还包括：相当好的频率和相位分辨率（频率的可控范围达Hz级，相位控制小于0.09°

5、;）,能够进行快速的信号变换（输出DAC的转换速率300百万次/秒）。这些特性使DDS在军事雷达和通信系统中应用日益广泛。其实，以前DDS价格昂贵、功耗大（以前的功耗达Watt级）、DAC器件转换速率不高，应用受到限制，因此只用于高端设备和军事上。随着数字技术和半导体工业的发展，DDS芯片能集成包括高速DAC器件在内的部件，其功耗降低到mW级（AD9851在3.3v时功耗为480mW），功能增加了，价格便宜。因此，DDS也获得广泛的应用：现代电子器件、通信技术、医学成像、无线、PCS/PCN系统、雷达、卫星通信。基准时钟相位累加器相位/幅度变换D/A变换低通滤波比较器 M fo图2基本原理及性

6、能特点 的基本原理是利用采样定理，通过查表法产生波形。的结构有很多种，其基本的电路原理可用图3来表示。 相位累加器波形存储器D/A转换器低通滤波器 K fSfo图3相位累加器由位加法器与位累加寄存器级联构成。每来一个时钟脉冲，加法器将频率控制字与累加寄存器输出的累加相位数据相加，把相加后的结果送至累加寄存器的数据输入端。累加寄存器将加法器在上一个时钟脉冲作用后所产生的新相位数据反馈到加法器的输入端，以使加法器在下一个时钟脉冲的作用下继续与频率控制字相加。这样，相位累加器在时钟作用下，不断对频率控制字进行线性相位累加。由此可以看出，相位累加器在每一个时钟脉冲输入时，把频率控制字累加一次，相位累加

7、器输出的数据就是合成信号的相位，相位累加器的溢出频率就是输出的信号频率。 用相位累加器输出的数据作为波形存储器（）的相位取样地址，这样就可把存储在波形存储器内的波形抽样值（二进制编码）经查找表查出，完成相位到幅值转换。波形存储器的输出送到转换器，转换器将数字量形式的波形幅值转换成所要求合成频率的模拟量形式信号。低通滤波器用于滤除不需要的取样分量，以便输出频谱纯净的正弦波信号。 在相对带宽、频率转换时间、高分辨力、相位连续性、正交输出以及集成化等一系列性能指标方面远远超过了传统频率合成技术所能达到的水平，为系统提供了优于模拟信号源的性能。（）输出频率相对带宽较宽输出频率带宽为s（理论值）。但考虑

8、到低通滤波器的特性和设计难度以及对输出信号杂散的抑制，实际的输出频率带宽仍能达到s。 （）频率转换时间短 是一个开环系统，无任何反馈环节，这种结构使得的频率转换时间极短。事实上，在的频率控制字改变之后，需经过一个时钟周期之后按照新的相位增量累加，才能实现频率的转换。因此，频率转换的时间等于频率控制字的传输时间，也就是一个时钟周期的时间。时钟频率越高，转换时间越短。的频率转换时间可达纳秒数量级，比使用其它的频率合成方法都要短数个数量级。 （）频率分辨率极高若时钟s的频率不变，的频率分辨率就由相位累加器的位数决定。只要增加相位累加器的位数即可获得任意小的频率分辨率。目前，大多数的分辨率在数量级，许

9、多小于甚至更小。 （）相位变化连续 改变输出频率，实际上改变的每一个时钟周期的相位增量，相位函数的曲线是连续的，只是在改变频率的瞬间其频率发生了突变，因而保持了信号相位的连续性。 （）输出波形的灵活性只要在内部加上相应控制如调频控制、调相控制和调幅控制，即可以方便灵活地实现调频、调相和调幅功能，产生、和等信号。另外，只要在的波形存储器存放不同波形数据，就可以实现各种波形输出，如三角波、锯齿波和矩形波甚至是任意的波形。当的波形存储器分别存放正弦和余弦函数表时，既可得到正交的两路输出。 （）其他优点 由于中几乎所有部件都属于数字电路，易于集成，功耗低、体积小、重量轻、可靠性高，且易于程控，使用相当

10、灵活，因此性价比极高。 二， 系统设计：1， 总体设计（1） 系统框图 数据存储器MCU键盘输 入LCD显示模块波形产生DDS芯片超高频率放大电路 （2） 模块说明a） 波形发生电路由DDS芯片提供，单片机负责控制频率的调节和状态的改变。b） 键盘电路采用4*4键盘输入，单片机采用扫描方式。c） LCD显示电路：采用12864。d） 数据存储器用于保护断点和特殊频率点。e） 超高频率放大电路：采用LMH6624 作为放大电路，用于输出的放大和提高带负载能力。2， 软件设计部分源程序：void main(void)/主函数Freq freq;unsigned char key_num,step,

11、output6=0,0,1,0,0,0;/*变量初始化freq.f=357913;/初始频率step=0;/选择步进(默认为100Hz)/setup_flag=0;/表示还没进入设置状态/*AD9850_RESET=1;menu();change(output);AD9850_RESET=0;/*ad9850(0x09,freq);/公式：*4/2（32）步进100：35791k：35791 10k：357913 /100k：3579139 1M：35791394 10M：357913941while(1)/主循环key_num=scan_key();if(key_num=INCREASE)/

12、增量调节freq.f=add(step,freq,output);else if(key_num=DECREASE)/减量调节freq.f=reduce(step,freq,output);else if(key_num=STEP)/调节补进大小step=change_step(step);else if(key_num=INPUT)/直接输入频率input(key_num,output,freq);else if(key_num=SHOW)/进入其他功能设置show(output,freq);menu();change(output);freq.f=output0*3579+output1*

13、35791+output2*357913+output3*3579139+output4*35791394+output5*357913941;ad9850(0x09,freq);step=change_step(step-1);void show(unsigned char output,Freq freq)/设置功能函数/Freq freq;unsigned char i,control,choose,exit,address;unsigned char psk6="101010"unsigned char ask7="000111"unsigned

14、 char f_psk05=0x01,0x00,0x35,0x26,0x00;unsigned char f_psk15=0x81,0x00,0x35,0x26,0x00;unsigned char f_ask05=0x01,0x00,0x00,0x00,0x00;unsigned char f_ask15=0x01,0x00,0x35,0x26,0x00;dis_onelist(0,0,"选择进入演示: ");dis_onelist(0,1,"1.演示PSK。 ");dis_onelist(0,2,"2.演示ASK. ");dis_

15、onelist(0,3," ");write_data(0x1F);dis_onelist(5,3," ");exit=0;control=1;while(control)choose=scan_key();if(choose=1)/演示PSKdis_onelist(0,0,"基带序列: ");dis_onelist(5,0,psk);dis_onelist(0,1,"载波频率:100KHz.");dis_onelist(0,2,"基带码速:10kbps.");dis_onelist(0,3,&

16、quot;退出:SHOW ");i=0;while(scan_key()!=SHOW)if(pski='0')ad9850_psk(f_psk0);delay(5);else ad9850_psk(f_psk1);delay(5);i=(i+1)%6;exit=1;else if(choose=2)/演示ASKdis_onelist(0,0,"基带序列: ");dis_onelist(5,0,psk);dis_onelist(0,1,"载波频率:100KHz.");dis_onelist(0,2,"基带码速:10kbp

17、s.");dis_onelist(0,3,"退出:SHOW ");i=0;while(scan_key()!=SHOW)if(pski='0')ad9850_psk(f_ask0);delay(5);else ad9850_psk(f_ask1);delay(5);i=(i+1)%6;exit=1;else if(choose=THREE)/保存当前频率for(address=0;address<6;address+)iicsendbyte(address,outputaddress);else if(choose=FOUR)/导出已保存的频

18、率for(address=0;address<6;address+)outputaddress=iicreceivebyte(address);freq.f=output0*3579+output1*35791+output2*357913+output3*3579139+output4*35791394+output5*357913941;ad9850(0x09,freq);else if(choose=FIVE)/退出子函数control=0;exit=0;else if(choose=INCREASE)/更换界面dis_onelist(0,0,"选择进入演示: "

19、;);dis_onelist(0,1,"1.演示PSK。 ");dis_onelist(0,2,"2.演示ASK. ");dis_onelist(0,3," ");write_data(0x1F);dis_onelist(5,3," ");exit=0;else if(choose=DECREASE)/更换界面dis_onelist(0,0," ");write_data(0x1E);dis_onelist(5,0," ");dis_onelist(0,1,"3.保存当前频率 ");dis_onelist(0,2,"4.导出已存频率 ");dis_onelist(0,3,"5.退出 ");exit=0;if(exit=1)dis_onelist(0,0,"选择进入演示: ");dis_onelist(0,1,"1.演示PSK。 ");dis_onelist(0,2,"2.演示ASK. ");dis_one