正弦信号发生器设计与总结报告

1、正弦信号发生器设计与总结报告摘 要本系统以DDS集成芯片为核心，利用单片机控制DDS集成芯片，辅以必要的模拟电路，构成了一个基于DDFS技术的正弦信号发生器。其主要模块有DDS集成芯片模块、外围辅助电路模块和电源模块。其中，单片机用来改变DDFS系统的工作方式控制字和频率控制字，来实现工作方式控制和频率控制；外围辅助电路模块采用七阶椭圆滤波器和两级AD811对波形进行滤波和放大，并且利用MC1496实现模拟AM调制，实现了产生从1MHz10MHz范围内调制度ma可调的AM信号。电源模块采用三路独立可调稳压电路 为各模块的芯片提供稳定纯净的电压。关键词：DDS，单片机，MC1496，AD603，

2、AD811ABSTRACTThe system is designed to construct an sine wave generator based on DDFS, with a SCM as the key, complimented by necessary analog circuit. Its main modules are responsible for the DDS CMOS chip control, the control of frequency, the control of work mode, and back-stage treatment. The SC

3、M is used for changing the work mode and frequency of the DDFS system. the work mode control and frequency control of the DDFS system are realized by SCM .back-stage treatment are used to increase the quality of the output wave form and its loading capacity, so that the required ability output wave

4、form is obtained.Key Words: DDS，C51，MC1496，AD603，AD811目 录摘 要1ABSTRACT1目 录2§1设计任务与要求31.1 设计任务31.2 技术指标31.3 题目评析3§2方案比较与论证42.1 各种方案比较与选择42.2 方案证论证6§3系统硬件设计103.1 系统的总体设计103.2 单元电路的设计10§4系统软件设计194.1 程序总体流程图194.2 各个功能模块流程图204.3 程序清单25§5系统调试265.1单元电路的测试方案265.2 系统的测试方案265.3 系统联调的问题

5、与解决方法275.4 测试仪器275.5测试结果与分析28§6系统性能总结及特点326.1 基本功能完成情况326.2发挥部分完成情况326.3改进及创新的元素33参考文献33致 谢34附 录35附录1 总电原理图35附录2 印制电路板图36附录3 程序清单38附录4 元器件清单58§1设计任务与要求1.1 设计任务设计制作一个正弦信号发生器。1.2 技术指标1、基本要求（1）正弦波输出频率范围：1kHz10MHz；（2）具有频率设置功能，频率步进：100Hz；（3）输出信号频率稳定度：优于10-4；（4）输出电压幅度：在负载电阻上的电压峰-峰值Vopp1V；（5）失真度：

6、用示波器观察时无明显失真。 2、发挥部分在完成基本要求任务的基础上，增加如下功能：（1）增加输出电压幅度：在频率范围内负载电阻上正弦信号输出电压的峰-峰值Vopp=6V±1V；（2）产生模拟幅度调制(AM)信号：在1MHz10MHz范围内调制度ma可在10%100%之间程控调节，步进量10%，正弦调制信号频率为1kHz，调制信号自行产生；（3）产生模拟频率调制(FM)信号：在100kHz10MHz频率范围内产生10kHz最大频偏，且最大频偏可分为5kHz/10kHz二级程控调节，正弦调制信号频率为1kHz，调制信号自行产生；（4）产生二进制PSK、ASK信号：在100kHz固定频率载

7、波进行二进制键控，二进制基带序列码速率固定为10kbps，二进制基带序列信号自行产生；（5）其他。1.3 题目评析重点在于产生1kHz10MHz频率稳定度优于10-4的正弦波，难点在于实现ma程控调节的AM，最大频偏可程控调节的FM,以及在频带内负载电阻上正弦信号输出电压的峰-峰值Vopp=6V±1V。为达到指标，该系统必须用到DDFS技术，高频滤波，AGC（自动增益控制）技术，功率放大等。§2方案比较与论证 2.1 各种方案比较与选择方案一：采用锁相式频率合成技术方案的原理框图如图2.1所示，主要由 AM调制PLL合成器单片机最小系统正弦调制信号FM调制 ASK/PSK调

8、制二进制序列 图 2.1.1 方案一的原理框图PLL频率合成器、MCU、AM调制部分、FM调制部分、ASK/PSK调制部分组成。该方案使用单片机最小系统完成系统的各种设置和控制；使用锁相频率合成技术能获得高稳定度、高精度的、且频率可步进变化的振荡源。但由于振荡频率受VCO（Voltage-controlled oscillator）可变频率范围的影响，高低频率比不可能做得很高，很难解决频率范围宽（1K-10M）、且频率稳定精确这一矛盾，不能很好的满足设计要求。方案二：用FPGA来实现只要在FPGA的内部建立一个正弦信号的数据表，然后再外部时钟的驱动下，读取正弦信号数据表中数据，在送到高速DAV

9、中进行数模转换就可以得到正弦信号实现原理图如图2.2 所示图2.1.2 方案二的原理框图改变FPGA内读取数据的速率，课改变信号的输出频率。改变读取数据的方式，则可产生FM,FSK,PSK信号。读取数据之后，再进行一定的运算则可以产生AM,ASK信号。用FPGA产生的正弦信号频率和稳定度都很高，可以很方便的与计算机接口连接，控制方便。不过由于FPGA的工作频率通常不能太高，所以输出信号的频率难以做高。方案三：采用直接数字频率合成技术产生所需的正弦信号（DDS）采用AD公司的高集成度DDS电路的器件AD9851,它内部包含高速、高性能10位D/ A 转换器及高速比较器,可作为全数字编程控制的频率

10、合成器来产生所需要的正弦波。AD9851 可以产生一个频谱纯净、频率和相位都可以编程控制且稳定性很好频带为0 72MHz 的模拟正弦波,这个正弦波能够直接作为基准信号源。频率分辨率高,其创新式高速DDS 码可接受32 位调频字,使得它在180MHz 系统时钟下输出频率的精度可达0. 04Hz ，完全达到了题目要求的输出信号频率稳定度优于10-4 的要求;相位可调, 可接收来自单片机的5 位相位控制字，产生二进制PSK，作出题目要求的发挥部分的第四点。另外我们认真查阅AD公司的AD9851的DATASHEET还发现，次芯片可以有使能控制端，可以用程序来控制是否输出，这样就可以进行ASK，完成题目

11、发挥部分的第五点。我们采用方案3。图2.1.3 方案二的原理框图2.2 方案证论证1.信号发生器模块DDS技术的特点：(1）输出频率相对带宽较宽输出频率带宽为s（理论值）。但考虑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。 (2）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

12、要短数个数量级。 (3)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，许多小于甚至更小。 (4)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。 (5)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

13、。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。 (6)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，使用相当灵活，因此性价比极高。我们原本是计划自行设计一个DDS信号发生器的，但是考虑到题目要求高，并且要达到的要求有比较大的难度，特别是后面发挥部分的要求，为了能在规定时间里面尽量完成题目的要求，我们选择了使用专用的DDS芯片AD9851来作为我们设计的核心。DDS 模块单片机最小系统正弦波输出FM输出ASK输出PSK输出AM输出幅度调制图2.2.1 单片机控制DDS模块2.低通滤波模块AD9851输出正弦信号后，由于是数

14、字合成的方法来产生的，所以会存在数字时钟的干扰，所以后面采用一个7阶椭圆滤波器滤波，采用电感和电容滤波，对于较高的频率，大都采用这种方案。滤波后就是一个高精度的正弦信号。这个7阶椭圆滤波器滤波的电路图如图2.2.1所示：图2.2.2 7阶椭圆滤波器滤波器由于整个频率要求1KHZ-10MHz，范围很大，因此为了达到理想的滤波效果，综合考虑采用多级量程滤波为了更好的起到滤波效果，用电位器取代电阻，可以对不同的频率进行微调，使滤波效果更加完美。3.AM模块AM调制部分采用MC1496乘法器进行模调制，将1KHz正弦波的调制信号与DDS出来的高频载波信号进行相乘，达到模拟调制；程控ma可由单片机控制程

15、控电位器来改变调制信号的幅度实现。图2.2.3 4.峰值放大模块要使在频率范围内负载电阻上正弦信号输出电压的峰-峰值Vopp=6V±1V。一是要解决电压幅度随频率的增加而减小的问题。在10MHz时的电压幅度比在1kHz时的幅度衰减很多，对于在频带1kHz10MHz内使电压幅度稳定在5V7V，必须做到稳幅。采用基于AD603芯片构成的AGC电路来进行稳幅，它能够在输入信号幅度变化很大的情况下，使输出信号幅度保持恒定或仅在较小范围内变化。使用程控增益宽带放大器AD603，次芯片内部由R-2R 梯形电阻网络和固定增益放大器构成，加在其梯型网络输入端的信号经衰减后，由固定增益放大器输出，衰减

16、量是由加在增益控制接口的参考电压决定；而这个参考电压可通过单片机进行运算并控制D/A芯片或者数字电位器输出控制电压得来，从而实现较精确的数控。此外AD603能提供由直流到30MHz以上的工作带宽，用这个方法我们可以通过幅频补偿的方法来进行稳幅，来达到在1khz到10M范围内输出幅度在500mV左右波动。DDS信号AGC稳幅模 块（AD603）功率放大模块(AD811)1kHz10MHz500mVVopp 6V±1V 负载电阻图2.3.4 峰值放大模块原理图二是要解决放大及带负载的问题。DDS芯片产生信号幅度约为500mV，输出电压峰峰值为，则调理电路需对信号放大1014倍。若单运放放

17、大，须增益带宽积GBW满足： 输出端 负载电阻上正弦信号输出电压峰峰值。则输出功率，输出电流有效值若设计单运放电路，很难满足上述技术要求。我们采用两级放大电路，芯片采用A/D公司出品的宽带视频芯片AD811，两级放大增益通过精密滑动变阻器可调。AD811指标为：增益带宽积；最大输出电流有效值；供电，输出最大电压。满足所需要求。图2.2.5 AD811 GBW-VOPP图 §3系统硬件设计 3.1 系统的总体设计根据题目要求，我们经过认真分析，并且考虑各种考虑因素，我们制定出了总体的方案。如图1所示，基本部分的正弦信号的产生我们采用AD9851芯片作为核心，采用单片机89S52作为主控

18、制，采用4×4的键盘和液晶显示器作为人机交换的硬件，实现频率的步进可调，还有任意频率的输入，采用mc1496和可控数字电位器来进行发挥部分的模拟幅度调制(AM)信号的产生，用编程的方法用单片机来控制AD9851来进行发挥部分的二进制的ASK和PSK。其总的系统方框图如图3.1.1所示：图3.1.1 总体系统方框图3.2 单元电路的设计1.高精度正弦波信号产生模块 () 基本原理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3.2.1来表示。 图3.2.1 的基本原理图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

19、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

20、，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。（2）AD9851 的结构图它主要包括相位寄存器、相位全加器、D/ A 转换器,相位寄存器和相位全加器构成相位累加器。AD9851 内部的控制字寄存器首先寄存来自外部的频率、相位控制字,相位累加器接收来自控制字寄存器的数据后决定最终输出信号频率和相位的范围和精度,经过内部D/ A 转换器后,所得到的就

21、是最终的数字合成信号。如果相位累加器的位数为N ,相位控制字的值为FN ,频率控制字的位数为M ,频率控制字的值为FM ,系统外部参考时钟频率为8MHz ,6 倍参考时钟倍乘器使能,那么经过内部6 倍参考时钟倍乘器后,可得到AD9851 内部工作时钟FC 为48MHz ,此时最终合成信号的频率可由公式(1) 来决定,合成信号的相位由公式(2) 来决定。F = FM FC/ 2 N (1) = 2FN / 2 M (2)图3.2.2 AD9851 结构框图（3） AD9851的控制方式AD9851的控制方式内部有5 个输入寄存器,储存来自外部数据总线的32 位频率控制字,5 位相位控制字,一位6

22、 倍参考时钟倍乘器使能控制,一位电源休眠功能(powerdown) 控制和一位逻辑0 。寄存器接收数据的方式有并行和串行两种方式。图3.2.3并行方式工作时序图并行方式如图5所示,是通过8 位数据总线D0D7 来完成全部40 位控制数据的输入。复位信号RESET 有效会使输入数据地址指针指向第一个输入寄存器,W- CL K上升沿写入第一组8 位数据,并把指针指向下一个输入寄存器,连续5 个W- CL K上升沿后,即完成全部40 位控制数据的输入,此后W- CL K信号的边沿无效。当FQ - UD 上升沿到来之际40 位数据会从输入寄存器被写入频率和相位控制寄存器,更新DDS 的输出频率和相位,

23、同时把地址指针复位到第一个输入寄存器,等待着下一组新数据的写入。串行方式如图6所示,W- CL K 上升沿把引脚D7 上的数据按位串行移入到输入寄存器,40 位输入结束后,任何W- CL K上升沿到来都会造成数据顺序移出并导致原来数据无效,此时FQ - UD 端的上升脉冲就可以使40 位数据更新芯片的输出频率和相位。图3.2.4串行工作方式时序图 我们使用单片机89S52来作为系统的主控制器，采用并行模式跟AD9851的连接图如图7所示图3.2.5 AD9851与单片机的连接框图图7中,AT89S52 的引脚P2. 0P2. 7 作为AD9851的并行数据输入端口。P3.5 、P3.6 、P3

24、.7 作为I/ O 口输出数据对AD9851 的RESET、W2CL K、FQ2UD进行控制。2 AM模块（1）AM的原理及实现任意的AM已调信号可以表示为Sam(t)=c(t)m(t)，当m(t)=A0+f(t);c(t)=cos(ct+0)，且A0不等于0时，称为常规调幅，其时域表达式为：Sam(t)= c(t)m(t)= A0 +f(t) cos(ct+0) 图3.2.6 常规AM调制系统框图其中A0是外加的直流分量，f(t)是调制信号，它可以是确知信号，也可以是随机信号。c=2fC为载波信号的角频率，0为载波信号的起始相位，为简便起见，通常设为0。常规AM通常可以用图3.2.7的系统来

25、实现。 图3.2.7 AM调制示意图利用mc1496模拟乘法器实现载波信号和调制信号的调制，其中1M-10MHz的载波信号从uc端输入，1khz的调制信号从us端输入，通过调节调制信号的幅度可以实现调幅输出的调制度ma从10%到90%连续变化。图3.2.8 MC1496电路图（2）程控调制信号的产生为实现在1MHz10MHz范围内调制度ma可在10%100%之间程控调节，步进量10%，产生正弦调制信号频率为1kHz。可以运用初赛的ICL8038正弦波发生器，加上OP27运放进行幅度调节。图3.2.9 ICL8038电路图 当RA=RB=R时,频率f为：f=0.33RC图3.2.10 OP27运

26、放电路图采用反向运算放大器的电路接法，运算放大倍数为：AU=R0Rf则输出电压为：U0=AU×Ui=R0RfUi从而实现正弦波幅度可调。将图中的电位器换成程控电位器X9511，用单片机控制阻值的大小从而实现程控调幅。3 峰值放大模块的原理及设计从DDS输出的正弦波幅值只有500mV左右，且低频和高频时幅值有较大差异，若直接送入后面的功率放大电路，则无法满足负载上峰-峰值Vopp=6V±1V，故在功率放大前接一级自动增益控制电路（AGC）,是低频和高频信号均能放大到基本相同的幅值在输入功放部分。图3.2.11 （1）自动增益控制模块由ADS7841（ADS）和TLV5816(

27、DAC)分别将检峰-峰值得到的直流电平，控制AD603的增益。ADS7841和AD603的电路图如图所示图3.2.12 ADS7841电路图图3.2.13 AD603电路图（2）功率放大模块考虑到题目发挥部分（1）负载电阻为，输出峰峰值为，可知输出电流有效值应达到84mA左右。AD公司生产的视频芯片AD811增益带宽积大于120MHz，最大输出电流为150mA，可以轻松对1K10MHz信号进行放大，输出性能全面满足题目要求。电路采用两级放大，前级可对信号放大10倍，由精密电阻实现放大倍数调节；后级对信号调理输出，在输出端通过5uF、0.01 uF电容并联进行隔直流，起到了保护电路的作用。图3.

28、2.14 AD811电路图4 电源模块以lm317和lm337作为稳压芯片构成正负电源稳压电路；使用三路相互独立的电源稳压电路，三个电路共用一个共同的变压器，连接各自的整流桥，减少相互间的干扰。图3.2.15 电源电路图§4系统软件设计4.1 程序总体流程图 本作品中，单片机通过编程对AD9850、程控电位器x9511、键盘和LCD1602进行控制。通过控制AD9850产生不同频率和相位的正弦波；x9511输出不同阻值控制放大电路放大倍数，实现调制正弦波的幅度程控；键盘用于功能切换和数据输入；LCD1602用于显示。4.2 各个功能模块流程图1、正弦波输出可以通过按键设置1020MH

29、z之间任意频率的正弦波输出。并设有确认键，键盘操作方便。2、幅度调制3、频率调制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。图4.2.3(1) 调频原理示意图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

30、过我们在实验中的测试，发现这种方法的效果良好。 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4.2.3(1)所示。调频信号的一般表达式为：式中V是FM波的振幅，(t) 是FM信号的瞬时相位；且其中c为FM波的中心角频率，即载波频率，Kf 为FM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10KHz，正弦调制信号为1KHz为例说明用DDS产生调频信号的方法。因为调制信号频率为1KH

31、z，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10KHz，所以输出信号的频率最大为fc+10KHz (fc为载波频率)，最小为fc-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024385.4248674.672771.6896581.57120010.3点值序号k949596979899

32、Y=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每隔1ms/100=10us，单片机从上表中读取一个控制字的变化值加上到当前的中心频率控制字，即可输出符合要求的调频信号。4、二进制调制PSK、ASK是数字通信领域常用的调制方式。二进制PSK就是把二进制基带信号调制成带通的相位随基带信号变换的

33、正弦信号。(1) 二相相移键控2BSK（BPSK）如下所示图4.2.4(2) 二相相移键控2BSK由上图可知，当基带信号是0的时候带通的正弦信号是0度相位，当基带信号是1的时候带通的正弦信号是180度相位，这就是二进制的PSK。我们实现这个电路的方法是通过单片机接收基带的二进制信号，判断这信号是0或是1，分别使AD9851产生0度或180度的相位的带通正弦信号。AD9851控制字W0的高5位是产生相移的控制位。当要产生0度相位的正弦载波信号时就向AD9851写01给W0，当要产生180度相位的正弦载波信号时就向AD9851写81给W0。这就实现了2进制的PSK。（2） 幅移键控(ASK)图4.

34、2.4(3) 幅移键控由上图可知，当基带信号是0的时候存在带通的正弦信号，当基带信号是1的时候无带通的正弦信号，这就是二进制的ASK。我们实现这个电路的方法是通过单片机接收基带的二进制信号，判断这信号是0或是1，分别使AD9851产生的带通正弦信号存在或者被旁路。AD9851控制字W0的第3位data2是产生使输出是否被旁路的信号控制位。当要使正弦载波信号旁路时候时就向AD9851写05给W0，当要使正弦载波信号正常输出时就向AD9851写01给W0。这就实现了2进制的ASK。（3）频移键控（FSK）在题目要求的功能之外，我们又额外设计了FSK的功能。当基带信号是0的时候存在带通的频率fc正弦

35、信号，当基带信号是1的时候带通的2倍fc正弦信号，这就是二进制的FSK。我们实现这个电路的方法是通过单片机接收基带的二进制信号，判断这信号是0或是1，分别使AD9851产生的带通频率为fc或2倍fc的正弦信号。即AD9851的频率控制字随二进制序列的0、1情况写入不同数据。（4）二进制序列码 本设计中二进制序列又单片机产生。为方便实用，增强可控性，二进制序列由单片机按键输入，设计长度为8位，进制基带序列码速率固定为10kbps。4.3 程序清单 见附录。§5系统调试5.1 单元电路的测试方案（1）正弦波输出频率范围：1kHz10MHz；具有频率设置功能，频率步进：100Hz；输出信号

36、频率稳定度：优于10-4；失真度：用示波器观察时无明显失真。 测试方法：利用示波器观察波形和频率范围（2）增加输出电压幅度：在频率范围内 负载电阻上正弦信号输出电压的峰-峰值Vopp=6V±1V；测试方法：将示波器连接到电阻的两端，观察输出的正弦波的峰峰值是否为6V±1V；改变频率，从1m到10m，看峰峰是否始终在6V±1V范围内，波形是否失真。（3） 产生模拟频率调制(FM)信号：在100kHz10MHz频率范围内产生10kHz最大频偏，且最大频偏可分为5kHz/10kHz二级程控调节，正弦调制信号频率为1kHz，调制信号自行产生；测试方法：利用示波器观测（4）

37、产生二进制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10kbps，二进制基带序列信号自行产生；测试方法：示波器观测(5) 产生模拟幅度调制(AM)信号：在1MHz10MHz范围内调制度ma可在10%100%之间程控调节，步进量10%，正弦调制信号频率为1kHz，调制信号自行产生；测试方法：示波器观测5.2 系统的测试方案DDS输出的正弦波信号分别接入放大电路和am调幅电路。测量放大之后的正弦波是否满足要求的范围；调幅电路由dds输入的高频信号作为载波，调制信号由8038独立产生，其幅度由op07构成的比例放大电路调节；两路信号接入mc1496构成的

38、调幅电路，观察其输出是否满足调制要求，调制度ma是否可调。其他实验要求直接用双踪示波器观察DDS外接滤波电路即可。5.3 系统联调的问题与解决方法（1）电源级联设计产生的干扰由于本系统中需要多种电压供电，其中放大电路中的AD811供电电压为±5v，mc1496为+12V和8v，产生调制信号的8038供电电压为±12v。开始电源设计为级联形式，这样每一级的压差较小，稳压芯片产热较少。但系统联调时发现电源的上下级之间会产生干扰，使得分块测试效果很好的模块连在一起测试效果很差。后来及时转变电源的方案，采用独立式电源，3组不同的电源采用独立的桥电路，干扰明显减少。（2）DDS产生的

39、信号带负载问题DDS产生的信号单独测试效果很好，但作为后续电路的输入时其效果和利用实验室信号源直接输入差别十分明显5.4 测试仪器 M双踪示波器万用表直流电源5.5测试结果与分析1.正弦信号发生器与输出电压测试用数字示波器测试正弦信号发生器产生的频率及步进稳定度,任意设置系统的频率值，在示波器上观察波形与频率；全频段测试在50欧姆负载电阻上输出电压峰峰值。测试数据如表5.5.1所示。按键设置频率/khz示波器显示频率/khz电压峰峰值/v0.010.01005.60.10.10006.011.00036.05050.0026.110001000.36.250005000.45.51000010

40、0005.120000200005.0 表5.5.1正弦信号发生器测试表2.模拟幅度调制测试当载波为100KHZ时，正弦调制信号频率为1KHZ，调制度为100%时，模拟幅度调制(AM)信号测试结果如图5.5.2所示。图5.5.2(1) 调制度为100%AM信号当载波为1000KHZ时，正弦调制信号频率为1KHZ，调制度为50%时，模拟幅度调制(AM)信号测试结果如图5.5.2所示。图5.5.2(2) 调制度为50%的AM信号3.模拟频率调制测试当载波频率为100KH，频偏为10KH时，模拟频率调制信号如图5.5.3所示。图5.5.3 FM信号4. 数字调制测试(1) 2PSK信号产生：当设置码

41、元为“10101010”时，当载波频率为100KHZ时，二进制基带序列码速率固定为10Kbps时，二进制相位调制信号如图5.5.4所示。图5.5.4(1) 2PSK信号(5) 2ASK信号产生：当设置码元为“11001010”和“10101010”时，当载波频率为100KHZ时，二进制基带序列码速率固定为10Kbps时，二进制幅度调制信号如图5.5.4(2)所示。图5.5.4(2) 2ASK信号（3）2FSK信号产生： 码元为“1”输出信号频率为100KHZ, 码元为“0”输出信号频率为20KHZ的2FSK信号。当设置码元为“10101010”时，当载波频率为100KHZ时，二进制基带序列码速

42、率固定为10Kbps时，二进制频率调制信号如图5.5.4（3）所示。 图5.5.4（3） 2FSK 信号（4）结果分析与结论基本要求发挥要求实际完成输出频率范围110M满足，且有扩展。频率扩展为：10HZ20M具有频率设置，频率步进100Hz满足频率稳定度优于0.0001稳定度为0.003,小于要求在50欧姆负载电阻上的电压峰峰值1扩展到6V + 1v满足波形无明显失真满足。输出波形在：10HZ20M范围内无明显失真AM调制，载波频率1M10M，调制信号1K，调制度在0.11可程控，步进0.1满足，且有扩展。载波频率和调制信号频率可以任意设置。调制度0.11可程控，步进为0.01FM调制，载波

43、频率100K10M，频偏10KHZ5K可程控，调制信号1K满足，且有扩展。频偏程控扩展为4档：5k/10k/20k/40k。载波频率可以任意设置。PSK、ASK调制,载波100K，二进制基带序列10Kbps满足。可以产生预置的二进制序列，并进行载波频率可以调节的数字调制。其它增加二进制基带序列可键控输入§6系统性能总结及特点本系统以AD9851、MC1496、AD603、AD811和AT89S52芯片为核心部件，利用DDS技术，7阶椭圆滤波器，程控放大技术，模拟乘法器电路，9511程控调幅电路，并配合一套独特的软件算法实现了输出频率范围达1KHZ10MHZ、具有频率设置、频率步进，频

44、率可任意设定、输出电压幅度稳定、失真度小、能产生模拟幅度调制信号、模拟频率调制、二进制ASK、PSK和FSK信号的多功能正弦信号发生器，最终使正弦信号发生器完成竞赛题目中要求的各项任务，系统精确稳定并具友好的人机交流界面。在系统设计过程中，力求硬件线路简单，充分发挥软件编程方便灵活的特点，来满足系统设计的要求。因为时间有限，该系统还有许多值得改进的地方：因为AM调制使用的是模拟电路乘法器实现的，对于5MHz及以上的信号进行调制时，输出波形有一定失真，波形的包络上下两部分不是完全对称，因此，使用工作频率更高的芯片或者改为使用数字的方法解决此问题。6.1 基本功能完成情况我们按照题目要求实现了所有

45、的基本功能，包括有：（1）正弦波输出频率范围：1kHz10MHz； （2）具有频率设置功能，频率步进：100Hz； （3）输出信号频率稳定度：优于10-5；（4）输出电压幅度：在负载电阻上的电压峰-峰值Vopp1V；（5）失真度：用示波器观察时无明显失真。6.2发挥部分完成情况我们在发挥部分实现了以下多种功能：（1）增加输出电压幅度：在频率范围内负载电阻上正弦信号输出电压的峰-峰值Vopp=6V左右；（2）产生模拟幅度调制(AM)信号：在1MHz10MHz范围内调制度ma可在10%100%之间程控调节，步进量10%，正弦调制信号频率为1kHz，调制信号自行产生；（3）产生模拟频率调制(FM)信

46、号：在100kHz10MHz频率范围内产生10kHz最大频偏，且最大频偏可分为5kHz/10kHz二级程控调节，正弦调制信号频率为1kHz，调制信号自行产生；（4）产生二进制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10kbps，二进制基带序列信号自行产生；6.3改进及创新的元素 (1) 自制幅度3V20V可调直流稳压电源 本设计中，我们自制稳压电源为硬件电路中所有芯片的供电，考虑到功率放大芯片AD811在不同供电电压时放大特性不同为方便调试和自制稳压源使用更加灵活，我们均使用可调幅稳压芯片LM317、LM337，从而做到了3路正负幅度3V20V可

47、调的电源电路。 此设计不仅有利于系统调试，也使我们在对电路设计优化更换不同芯片时解决了供电电压不同的问题。 （2）键入任意二进制序列为增加二进制调制的功能性，本设计中二进制序列由单片机程序产生，并可以通过键盘任意设置序列值，序列值长度设计为8位，二进制基带序列码速率固定为10kbps。此设计丰富了二进制调制基带序列的可程控选择性，使功能更完善。（3）FSK调制 在ASK、PSK基础上我们设计了FSK调制，丰富了本系统的数字调制方式。参考文献 1、黄正瑾、田良·电子设计竞赛赛题解析·东南大学出版社·2004年·第一版2、黄智伟、陈文光·全国大学生

48、电子设计竞赛训练教程·电子工业出版社·2005年·第一版3、王松武·电子创新设计与实践·国防工业出版社·2005年·第一版4、唐朝京·现代通信原理·电子工业出版社·2010年·第一版附 录附录1 总电原理图 1. 高精度正弦波信号产生模块及AGC稳幅模块2.AM产生模块3.程控调制信号产生模块4.功率放大模块5.电源模块附录2 印制电路板图1 高精度正弦波信号产生模块及AGC稳幅模块2 AM产生模块及功率放大模块3.程控调制信号产生模块4.电源模块附录3 程序清单 #include&l

49、t;reg51.h>#include <stdio.h>#include <intrins.h>#define uchar unsigned char#define uint unsigned intsbit E=P36; /1602使能引脚sbit RS=P37; /1602数据/命令选择引脚sbit up=P34; /程控x9511 up引脚sbit down=P35; /程控x9511 up引脚sbit ad9850_w_clk =P32; /P2.2口接ad9850的w_clk脚/PIN7sbit ad9850_fq_up =P31; /P2.1口接ad9

50、850的fq_up脚/PIN8sbit ad9850_rest =P30; /P2.0口接ad9850的rest脚/PIN12uchar f_89;uint f_m8=0,0,0,0,0,0,0,0;uchar wei=0,key;uchar choose=1,ok=0,choose_pinpian=0,bujin=100,ask_psk=0,ma=0,ma_temp;uchar f_i=0,fm_z=0,f_j=0,f_k=0; /f显示循环uint m=0; /m序列相关long int f=0,f_temp,f_xouzheng; /写入AD的频率值和暂存unsigned char w;long int y;unsigned long int F_100K=0x00346dc5;unsigned long int F_50K=0x001a36e2;unsigned long int fm10_