正弦信号发生器设计

1、个人收集整理仅供参照学习正弦信号发生器设计方案序言为了精确地输出正弦波、调幅波、调频波、PSK及ASK等信号，并依照直接数字频率合成(DirectDigitalFrequencySvnthesizer，简称DDFS)技术及各种调制信号相关原理，设计了一种采用新式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，且拥有系统结构简单，界面友好等特点。资料个人收集整理，勿做商业用途2系统整体设计方案图1给出系统整体设计方框图，它由单片机、现场可编程门阵列(FPGA)及其外面的模拟部分组成。在FPGA的内部数字部分中，利用FPGA内部的总线控制模块实现

2、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。系统工作总控制可一致控制各个时序模块；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正弦波和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经过PSK/ASK调制电路获取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50负载。资料个人收集整理，勿做商业用途理论解析与计算31调幅信号调幅信号表达式为：式中：0t，t分别为调制信号和载波

3、信号的角频率；MA为调制度。1/5个人收集整理仅供参照学习令V(O)=Vocos(0t)，V()=MAcos(t)，则V(t)=V(O)+V(O)V()。故调幅信号可经过乘法器和加法器获取；经过改变调制信号V()的幅值改变MA，V()的范围为01lV，MA对应为10100。资料个人收集整理，勿做商业用途32调频信号采用DDS调频法产生调频信号，详尽实现方法：经过相位累加器和波形储藏器在FPGA内部组成一个DDS模块，用于产生1kHz的调制信号。其中，波形储藏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，即可获取调频信号的瞬时频率控制字，再按调制信号的频率切

4、换这些频率控制字，即可获取与DDS模块输出相对应的调频信号。资料个人收集整理，勿做商业用途33PSK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10Kbs的数字脉冲序列给出时，可以产生ASK信号。PSK信号是移相键控信号，这里只产生二相移相键控，即BPSK信号。它的实现方法与ASK基真相同，可是在控制信号为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。资料个人收集整理，勿做商业用途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

5、实现。该器件内部自带加法器，可直接组成调幅电路。图3给出PSKASK电路。它主要由多路复用器和移相器组成。其中，移相器采用Maxim公司的高速运算放大器MAX477所组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按固定速率经过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。资料个人收集整理，勿做商业用途FPGA内部DDS调频电路由分频器、累加器、ROM和AD985l时序控制电路组成。分频器用于获取20kHz的信号，作

6、为AD985l控制字的切换频率；ROM中储藏了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时序控制电路依照中心频率并结合频偏控制字2/5个人收集整理仅供参照学习向AD985l器件发送频率控制字，以实现DDS调频。资料个人收集整理，勿做商业用途功率放大电路由ADI公司的高速运算放大器AD811和T1公司的缓冲器BUF*组成，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；后级缓冲电路用于供应足够的输出电流，使负载的输出电压峰值牢固在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

7、只lk的电阻用于限流。电路调试时发现输出高频信号有衰减。经过解析获知，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收效优异。资料个人收集整理，勿做商业用途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基层办理该系统较好地完成了预期的各项功能和指标。正弦波的输出频率范围为3/5个人收集整理仅供参照学习kHz10MHz，在其内频率牢固度为104；调频波的输出频率范围为100kHz10MHz，在其内最大频偏可分为5kHz10kHz二级

8、程控调治；调幅波的输出频率范围为l10MHz，在其内调制度可在10100之间程控调治，且步进为10；ASK及PSK信号则经过移相电路和多路复用器的结合，在FPGA给出的基带序列信号控制下产生。（外国电子元器件作者：马海洋，曾真，徐广嵌）资料个人收集整理，勿做商业用途该系统测试主要由高频毫伏表、频率计、示波器完成。其中，高频毫伏表测试输出信号峰值；频率计测试输出信号的频率；示波器用于测试正弦波、调幅波、调频波、PSK以及ASK等信号波形。这里采用1kHz，lOkHz，100kHz，lMHz和10MHz这5个频率点对正弦信号发生器进行测试，将实质频率与预置频率相比较，获取各频率点的相对误差均小于0

9、05。其中100kHz和10MHz处的相对误差小于002；5个频率点所对应正弦信号的电压峰值分别为628V，625V，610V，590V，560V。资料个人收集整理，勿做商业用途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。在不相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。资料个人收集整理，勿做商业用途模块功能。最后由主程序调用全功能模块成立系统。图5给出程序流程图。子程序所办理的数据，向上层全功能模块供应办理后的数据；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成立系统。图5给出程序流程图。资料个人收集整理，

10、勿做商业用途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。在不相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。资料个人收集整理，勿做商业用途测试数据该系统测试主要由高频毫伏表、频率计、示波器完成。其中，高频毫伏表测试输出信号峰值；频率计测试输出信号的频率；示波器用于测试正弦波、调幅波、调频波、PSK以及ASK等信号波形。这里采用1kHz，lOkHz，100kHz，lMHz和10MHz这5个频率点对正弦信号发生器进行测试，将实质频率与预置频率相4/5个人收集整理仅供参照学习比较，获取各频率点的相对误差均小于005。其中100kHz和10MHz处的相对误差小于002；5个频率点所对应正弦信号的电压峰值分别为628V，625V，610V，590V，560V。资料个人收集整理，勿做商业用途7结语该系统较好地完成了预期的各项功能和指标。正弦波的输出频率范围为lkHz10MHz，在其内频率牢固度为104；调频波的输出频率范围为100k