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1、基于DDS9850的正弦波信号发生器的设计摘 要传统的正弦波信号发生器大多是基于模拟电子技术设计制作的，这种信号源制作简单，成本低廉，但是它的缺点也很多，比如不便于存储，频率稳定度差，失真度高等。DDS是以全数字技术，从相位概念出发直接合成所需波形的一种新的合成原理。本设计采用DDS和单片机技术相结合，以DDS芯片AD9850为核心设计了一种幅度、相位、频率都可调节的正弦波信号发生器，它不仅能克服传统的正弦波信号发生器的缺点，而且由模拟乘法器产生调幅电路、采用数字键控的方法实现二进制PSK、ASK信号，且频带较宽、频率稳定度高，波形良好。该信号发生器具有更强的市场竞争力，在跳频技术、无线电通信
2、技术方面具有比较广阔的发展前景。关键词 信号发生器 DDS AD9850 单片机The design of sine wave signal generator based on DDS9850ABSTRACTMost of the traditional sine wave signal generator is designed based on analog electronic technology, this is simple and low cost production source, but it has many shortcomings, such as it is no
3、t easy to store,its frequency stability is poor, high distortion and so on. DDS is a new synthetic principle which based on the all-digital technology, starting from the concept of phase direct synthesis of waveforms required.This design uses DDS and microcontroller technology, the AD9850 DDS chip t
4、o the core ，design a sine wave signal generator，whose magnitude, phase, frequency can be regulated.Its not only can overcome the traditional shortcomings of the sine wave signal generator, and the amplitude circuit is produced by the analog multiplier , the digital keying is used to achieve binary P
5、SK, ASK signal, and it has wide band, high frequency stability, wave good. The signal generator has a stronger market competitiveness, in the frequency hopping, radio communication technology has relatively broad prospects for development.KEY WORDS Signal Generator DDS AD9850 MCU目 录中文摘要I英文摘要II1 概 述1
6、2 方案论证22.1 主控制器32.2 正弦信号产生32.3输出电压放大42.4 FM调频电路42.5 AM调幅电路52.6 产生二进制PSK、ASK信号53 详细软硬件设计74 硬件模块设计84.1 SPCE061A简介84.1.1 综述84.1.2 性能84.1.3 结构概览94.1.4 芯片的引脚排列和说明104.2 正弦信号产生模块144.2.1 AD9850芯片简介144.2.2 AD9850工作方式介绍154.2.3相位控制字的计算164.3 带负载输出184.3.1推挽放大器194.4正弦调制信号的产生204.5 AM调幅信号的产生214.6 ASK、PSK的产生224.6.1
7、ASK: 幅移键控ASK (Amplitude Shift Keying)224.6.2 PSK：数字相位调制（phase shift keying）234.6 LCD显示器264.6.1 概述274.6.2 基本特性274.6.3 模块接口说明284.6.4 控制器接口信号说明295 软件设计316 测试说明32致 谢33参考文献34附 录351 概 述信号源作为一种信号产生的装置已经越来越受到人们的重视，它可以根据用户的要求，产生自己需要的波形，具有重复性好，实时性强等优点，已经逐步取代了传统的函数发生器。当今高性能的信号源均通过频率合成技术来实现，随着计算机、数字集成电路和微电子技术的发
8、展，频率合成技术有了新的突破直接数字频率合成技术DDS(Direct Digital Synthesis)，他是将先进的数字信号处理理论与方法导入到信号合成领域的一项新技术，它的出现为进一步提高信号的频率稳定度提供了新的解决方法。同时，随着微电子技术的迅速发展，尤其是单片机技术的发展，智能仪器也有了新的进展，功能更加完善，性能也更加可靠，智能程度也不断提高。本课题的目的就是依据DDS原理设计开发出一个能产生正弦波，且能产生幅度调制（AM）信号电路，产生模拟调制（FM）信号电路，产生二进制PSK，ASK信号电路1。DDS(Direct Digital Synthesis) 的概念首先由美国学者J
9、 . Tierncy ,C. M. Rader和B. Gold提出,它以全数字技术，从相位概念出发直接合成所需波形的一种新的合成原理。限于当时的技术和器件产，它的性能指标尚不能与已有的技术相比，故未受到重视。近一年间，随着微电子技术的迅速发展，直接数字频率合成器（Direct Digital Frequency Synthesis 简称DDS 或DDFS）得到了飞速的发展，它以有别于其它频率合成方法的优越性能和特点成为现代频率合成技术中的佼佼者。具体体现在相对带宽宽、频率转换时间短、频率分辨率高、输出相位连续、可产生宽带正交信号及其他多种调制信号、可编程和全数字化、控制灵活方便等方面，并具有极
10、高的性价比。近几年超高速数字电路的发展以及对DDS的深入研究，DDS的最高工作频率以及噪声性能已接近并达到锁相频率合成器相当的水平。随着这种频率合成技术的发展，其已广泛应用于通讯、导航、雷达、遥控遥测、电子对抗以及现代化的仪器仪表工业等领域。随着微电子技术的飞速发展，目前高超性能优良的DDS 产品不断推出，主要有Qualcomm、AD、Sciteg 和Stanford 等公司单片电路（monolithic）。Qualcomm公司推出了DDS 系列Q2220、Q2230、Q2334、Q2240、Q2368，其中Q2368 的时钟频率为130MHz，分辨率为0.03Hz，杂散控制为-76dB，变频
11、时间为0.1s;美国AD 公司也相继推出了他们的DDS 系列：AD9850、AD9851、可以实现线性调频的AD9852、两路正交输出的AD9854以及以DDS为核心的QPSK调制器AD9853、数字上变频器AD9856 和AD9857。AD公司的DDS系列产品以其较高的性能价格比，目前取得了极为广泛的应用。 本系统设计一个正弦信号发生器，使用凌阳公司的16位单片机SPCE061A作为中央控制器，结合DDS芯片AD9850，产生010MHz频率可调的正弦信号,正弦信号频率设定值可断电保存；使用宽频放大技术，在50负载电阻上使1K10MHz范围内的正弦信号输出电压幅度=6V1V；产生载波频率可设
12、定的FM和AM信号；调制信号为1KHz的正弦波，调制信号的产生采用DDS技术，由CPLD和Flash ROM加上DAC进行直接数字合成；二进制基带序列码由CPLD产生，在100KHz固定载波频率下进行数字键控，产生ASK，PSK信号。系统采用全中文菜单操作方式，操作简单，快捷，且系统的精度和稳定性高2。2 方案论证 根据题目要求，本系统主要由主控制器模块、正弦信号发生模块、输出电压放大模块、FM调频电路模块、AM调幅电路模块和人机界面模块构成。如图 2-1。图2-1 系统模块框图2.1 主控制器 方案一：采用通用的51单片机AT89S52作为主控制器，完成数据处理，DDS的频率输出控制，键盘的
13、扫描及液晶显示器的显示控制等。由于51单片机内部的RAM和ROM都比较小，考虑到实现本系统需要大量的数据处理及液晶显示需占用大量的ROM资源等，用51单片机实现本系统就需外扩RAM和ROM，实现起来比较麻烦。而且本系统需要用A/D转换器采样调制信号实现调频信号的输出，使用51单片机就需外扩一片A/D转换芯片，实现也比较麻烦。而且基于整个系统的速度要求，51单片机也不能满足要求。 方案二：采用凌阳公司的16位单片机SPCE061A作为主控制器。由于SPCE061A内置有2K字的SRAM和32K字的内存FLASH，能满足本系统数据处理及液晶显示所需数据的存储要求CPU时钟频率高达49.152MHz
14、，能满足速度要求；集成有7通道10位电压模数转换器ADC，可以满足系统采样调制信号的要求；一片凌阳SPCE061A单片机就可以完成整个系统的主要功能，基本不需要扩展其他器件，不仅体积小而且可靠性高。而且凌阳单片机具有C语言风格的汇编语言，有与标准C兼容的C语言，C语言函数可以与汇编函数互相调用，使其开发更加容易，实现整个系统更加简单3。基于此，本系统采用方案二，利用凌阳的16位单片机SPCE061A作为主控制器。2.2 正弦信号产生 方案一：采用反馈型LC振荡原理，选择合适的电容、电感就能产生相应的正弦信号。此方案器件比较简单，但是难以达到高精度的程控调节，而且稳定度不高，故不采用。 方案二：
15、采用DDS技术的基本原理。DDS技术是基于 Nyquist采样定理，将模拟信号进行采集，经量化后存入存储器中（查找表），通过CPLD或者FPGA进行寻址查表输出波形的数据，再经D/A 转换滤波即可恢复原波形。根据 Nyquist 采样定理知，要使信号能够恢复，必须满足采样频率大于被采样信号最高频率的2倍，否则将产生混叠，经D/A 不能恢复原信号。此方案产生的波形比较稳定，在高频输出时会产生失真，而且电路比较复杂，故不采用。 方案三：直接采用DDS集成芯片。AD9850是AD公司生产的DDS芯片，带并行和串行加载方式，AD9850 内含可编程DDS系统和高速比较器,能实现全数字编程控制的频率合成
16、。 由于DDS集成芯片能达到要求，而且节省硬件电路，程控调节能够方便实现，本设计采用方案三，作为1K10MHz正弦信号发生。2.3 输出电压放大 方案一：采用高频三极管做功率放大。选择恰当的电阻和电容来实现符合题目要求的放大倍数。但是使用三极管放大时，信号放大的稳定性不高，很难满足题目的要求。故不采用。 方案二：采用宽频运算放大器做前级电压放大，AD8056可以达到300M的带宽，而且频率稳定性好。在后级加上互补对称的推挽式输出电路做电流放大作用。 所以在本设计中采用了方案二。2.4 FM调频电路 方案一：使用变容二极管直接调频。变容二极管是根据PN结的结电容随反向电压改变而变化的原理设计的一
17、种二极管。加反向偏压时，变容二极管呈现一个较大的结电容。变容二极管要并接在产生中心频率振荡的选频网络的两端，并加上调制信号，使中心频率随调制信号的幅值的改变而改变，从而达到调频作用。但是本方案会使电路产生的频偏不稳定，容易产生中心频率偏移。 方案二：采用锁相环进行调制，采用锁相环路调频，能够达到中心频率高度稳定的调频信号。由于锁相环能跟踪并锁定中心频率。从而使中心频率有足够高的稳定度。而调制信号就加在VCO（压控振荡器）的输入端，从而使中心频率随调制信号的幅值的改变而改变。如图2-2。本方案比较直观，而且中心频率和频偏都比较准确，但是电路复杂，故不采用。图2-2 锁相环框图方案三：凌阳的单片机
18、芯片SPCE061A内部集成有10位ADC。可先将调制信号离散化，当采集完一个周期（1ms）的数据后，计算出每相邻两个抽样点的偏移量，这样就可以根据偏移量控制改变DDS的输出频率，从而达到调频效果，而且硬件设计简单4。 本设计使用方案三。2.5 AM调幅电路 方案一：采用单二极管开关状态调幅电路,使二极管近似处于一种理想的开关状态下,在两个不同频率电压作用下进行频率交换。 方案二：采用二极管平衡调幅电路,它是利用二极管的开关状态和平衡抵消的措施,经调幅后通过带通滤波器就可以得到调幅信号。前面两种方案电路实现比较复杂,而且由于采用分立元件，稳定性比较差，调试困难。 方案三：采用模拟乘法器调幅电路
19、，它是一种完成两个模拟信号相乘作用的电路，起到频率搬移的作用，若采用专门的模拟乘法器芯片，电路实现简单，稳定性比较好，功能实现容易，符合题目要求。 基于此，本系统采用方案三，选用集成模拟乘法器MC1496实现AM的模拟调幅。2.6 产生二进制PSK、ASK信号 方案一：直接采用DDS实现ASK和PSK，用程序直接控制DDS输出二进制PSK和ASK信号，根据码序列中的0或1直接控制DDS的相移，便可以实现PSK调制功能，而控制DDS开和关即可实现ASK调制。本方案直接用软件来实现产生二进制ASK，PSK信号，基本不用硬件电路,比较方便,但经过试验,输出的信号不稳定。故不采用。 方案二：采用数字键
20、控的方法来实现，采用模拟开关，利用基带信号控制模拟开关的选通或关闭来实现ASK调制。实现PSK调制时，把100K的载波信号分接成两路，其中一路接增益为-1的运放电路，将载波信号移相180。01基带序列码由CPLD产生。本方案硬件设计也比较简单,输出的信号比较稳定，各种指标符合题目要求。 基于此本系统采用了方案二实现产生二进制PSK，ASK信号。3 详细软硬件设计 根据上面的论证，本系统以凌阳的16位单片机SPCE061A为核心，配合DDS专用芯片AD9850，完成正弦信号的产生，并辅以各个功能模块完成题目的设计要求。 系统的总体框图如图 3-1，硬件连接图如图 3-2。图3-1 系统设计框图图
21、3-2 系统硬件连接图4 硬件模块设计4.1 SPCE061A简介4.1.1 综述SPCE061A是继nSP系列产品SPCE500A等之后凌阳科技推出的又一款16位结构的微控制器。与SPCE500A不同的是，在存储器资源方面考虑到用户的较少资源的需求以及便于程序调试等功能，SPCE061A里只内嵌32K字的闪存（FLASH）。较高的处理速度使nSP能够非常容易地、快速地处理复杂的数字信号。因此，与SPCE500A相比，以nSP为核心的SPCE061A微控制器是适用于数字语音识别应用领域产品的一种最经济的选择。4.1.2 性能16位nSP微处理器；工作电压(CPU) VDD为2.43.6V (I
22、/O) VDDH为2.45.5VCPU时钟：0.32MHz49.152MHz ；内置2K字SRAM；内置32K FLASH；可编程音频处理；晶体振荡器;2个16位可编程定时器/计数器(可自动预置初始计数值)；2个10位DAC(数-模转换)输出通道；32位通用可编程输入/输出端口；14个中断源可来自定时器A/B，时基，2个外部时钟源输入，键唤醒；具备触键唤醒的功能；使用凌阳音频编码SACM_S240方式(2.4K位/秒)，能容纳210秒的语音数据；锁相环PLL振荡器提供系统时钟信号；32768Hz实时时钟；7通道10位电压模-数转换器(ADC)和单通道声音模-数转换器；声音模-数转换器输入通道内
23、置麦克风放大器和自动增益控制(AGC)功能；具备串行设备接口；具有低电压复位(LVR)功能和低电压监测(LVD)功能；内置在线仿真电路ICE（In- Circuit Emulator）接口；具有保密能力；具有看门狗功能。4.1.3 结构概览SPCE061A的结构如图4-1所示：图4-1 SPCE016A的结构4.1.4 芯片的引脚排列和说明SPCE061A有两种封装片，一种为84个引脚，PLCC84封装形式；它的排列如图4-3；一种为80个引脚，LQFP80封装。它的排列如图4-4所示。图4-2 SPCE061A LQFP80封装排列图图4-3 SPCE061A PLCC84封装排列图图4-4
24、 SPCE061A PLCC84实物图在PLCC84封装中，有15个空余脚，用户使用时这15个空余脚悬浮。在LQFP80封装中有9个空余脚，用户使用时这9个空余脚接地。此处以LQFP80封装管脚功能介绍5。表4-1 SPCE061A引脚功能管脚名称管脚编号类型描述IOA15:84639输入输出IOA15:8:双向IO端口IOA7:03427输入输出IOA7:0:通过编程，可设置成唤醒管脚IOA6:0:与ADC输入公用IOB15:11IOB10IOB9IOB8IOB7IOB6IOB5IOB4IOB3IOB2IOB1IOB050545758596061626364656667输入输出输入输出输入输
25、出输入输出输入输出输入输出输入输出输入输出输入输出输入输出输入输出IOB15:11:双向IO端口。IOB100除用作普通的IO端口，还可以作为：IOB10：通用异步串行数据发送管脚TxIOB9：TimerB脉宽调制输出管脚BPWMOIOB8: TimerA脉宽调制输出管脚APWMOIOB7：通用异步串行数据接收管脚RxIOB6：双向IO端口IOB5：外部中断源EXT2的反馈管脚IOB4：外部中断源EXT1的反馈管脚IOB3：外部中断源EXT2IOB2：外部中断源EXT1IOB1：串行接口的数据传送管脚IOB0：串行接口的时钟信号DAC112输出DAC1数据输出管脚DAC212输出DAC2数据输
26、出管脚X32I2输入32768Hz晶振输入管脚X32O1输出32768Hz晶振输出管脚VCOIN70输入PLL的RC滤波器连接管脚AGC16输入AGC的控制管脚MICN19输入麦克风负向输入管脚MICP21输入麦克风正向输入管脚V2VREF14输出电压源2.0V产生5mA的驱动电流，可用作外部ADC 输入线，通道的最高参考输入电压，不可作为电压源使用MICOUT18输出麦克风1阶放大器输出管脚，管脚外接电阻决定AGC增益倍数OPI17输入麦克风2阶放大器输入管脚VEXTREF23输入ADC 输入线，通道的最高参考输入电压管脚VMIC25输出麦克风电源VADREF22输出AD参考电压（由内部AD
27、C产生）VDD5,69输入逻辑电源的正向电压VSS10,26,71输入逻辑电源和IO的参考地VDDIO37,38,56输入IO端口的正向电压管脚VSSIO35,36,48输入IO端口的参考地AVDD24输入模拟电路（A/D、D/A和2V稳压源）正向电压4.2 正弦信号产生模块 正弦信号产生模块的主要部分是AD9850。 4.2.1 AD9850芯片简介AD9850 是AD 公司采用先进的DDS 技术于1996 年推出的高集成度DDS频率合成器，它内部包括可编程DDS系统、高性能DAC及高速比较器，能实现全数字编程控制的频率合成器和时钟发生器。接上精密时钟源，AD9850 可产生一个频谱纯净、频
28、率和相位都可编程控制的模拟正弦波输出。此正弦波可直接用作频率信号源或转换成方波用作时钟输出6。AD9850 采用先进的CMOS 工艺, 其功耗在3.3V 供电时仅为155mW,温度范围为-4085, 采用28 脚SSOP 表面封装形式。其管脚功能如图4-5所示。图 4-6是一个完整的可编程DDS系统,包含了AD9850的主要组成部分。AD9850内含可编程DDS系统和高速比较器,能实现全数字编程控制的频率合成。可编程DDS系统的核心是相位累加器, 它由一个加法器和一个N位相位寄存器组成，N为32；每来一个外部参考时钟,相位寄存器便以步长M递加；相位寄存器的输出与相位控制字相加后可输入到正弦查询
29、表地址上；正弦查询表包含一个正弦波周期的数字幅度信息, 每一个地址对应正弦波中 0360范围的一个相位点；查询表把输入地址的相位信息映射成正弦波幅度信号, 然后驱动DAC 以输出模拟量7。图4-5 AD9850芯片管脚功能图图4-6 AD9850组成框图相位寄存器每过2/M个外部参考时钟后返回到初始状态一次, 相应地正弦查询表每经过一个循环也回到初始位置, 从而使整个DDS系统输出一个正弦波。输出的正弦波周期= 2/M，频率= Mfc/2 ，、分别为外部参考时钟的周期和频率。AD9850采用32位的相位累加器将信号截断成14 位输入到正弦查询表,查询表的输出再被截断成10 位后输入到DAC，
30、DAC输出两个互补的电流。DAC满量程输出电流通过一个外接电阻RSET调节, 调节关系为= 32(1.248V/ RSET) , RSET的典型值是3.9k。AD9850在接上精密时钟源和写入频率相位控制字之后就可产生一个频率和相位都可编程控制的模拟正弦波输出, 此正弦波可直接用作频率信号源或经内部的高速比较器转换为方波输出。在125MHz 的时钟下, 32位的频率控制字可使AD9850 的输出频率分辨率达0.0291Hz8。4.2.2 AD9850工作方式介绍AD9850 的控制字有40 位,其中32 位是频率控制位,5 位是相位控制位,1 位是电源休眠控制位,2 位是工作方式选择控制位。在
31、应用中,工作方式选择位设为00 ,因为01 ,10 ,11 已经预留作为工厂测试用。相位控制位按增量180,90,45,22. 5,11. 25或这些组合来调整。频率控制位可通过下式计算得到9: = (W) / 2 （4-1）其中: 要输出的频率值; 为参考时钟频率;W 为相应的十进制频率控制字, 然后转换为十六进制即可。4.2.3 相位控制字的计算AD9850中有5 bit用于相位控制。因此，相位控制的精度为360/2=11.25，用二进制表示为00001，根据实际需要，设置不同的相位控制字就可以实现精确的相位控制。表4-2给出了相移与相位控制字之间的对应关系。表4-2 相移与相位控制字之间
32、的关系 相移/（） 相位控制字 0 0000022.5 0001045.0 0010067.5 0011090.0 01000112.5 01010135.0 01100157.5 01110180.0 10000202.5 10010225.0 10100247.5 10110270.0 11000292.5 11010315.0 11100337.5 11110AD9850 有串行和并行两种控制命令字写入方式。图4-7是控制字并行输入的时序图。并行输入方式下，在W_CLK的上升沿装入8位数据，并把指针指向下一个输入寄存器，连续5个W_CLK上升沿后，W_CLK的边沿不再起作用，直到复位信号
33、或FQ_UD上升沿把地址指针复位到第一个寄存器。在FQ_UD的上升沿把40位数据从输入寄存器装入到频率/相位数据寄存器(更新DDS输出频率和相位)。串行输入方式下，在W_CLK的上升沿把一位数据串行移入，当移动40位后，FQ_UD的上升沿即可更新输出频率和相位。但是要注意的是,此时数据输入端的三个管脚不可悬空,其中D0 ,D1 脚接高电平,D2 脚要接地。图4-8是相应的控制字串行输入的控制时序图10。图4-7 控制字并行输入的时序图图4-8 控制字串行输入的时序图图4-9 AD9850结构因为要考虑到FM调频，本系统使AD9850工作于并行方式接线，以提高频率的切换速度。从而达到调制1K正弦
34、波的要求。参考时钟使用42M晶振，设计低通滤波器时，就要去掉42M的高频干扰。DDS输出的带宽比较高，低通滤波器要采用LC做成7阶切贝雪夫低通滤波。其连接图如图 4-1011。图4-10 AD9850 连接图而且，应在电路中使用一个截止频率为10MHz 的7 阶切比雪夫滤波器, 其电路图如图 4-11所示。在滤波器的设计过程中,能否准确实现高Q值的电感,直接影响着滤波器的最终性能12。图4-11 切贝雪夫低通滤波器4.3 带负载输出 要达到6V1V的带负载输出，我们先使用宽频运放AD8056做前级放大，为了达到合适的电压增益，我们使用了两级放大切换，改变放大的级数以便适应增益要求，如图4-12
35、；经运放输出的电压电流较弱，带负载能力不强，所以要在运放的后级加上一级推挽输出，提高输出电流。如图 4-13所示：在推挽输出端接上了50电阻，输出幅度能达到题目的要求。图4-12 放大电路4.3.1 推挽放大器在功率放大器电路中大量采用推挽放大器电路，这种电路中用两只三极管构成一级放大器电路，两只三极管分别放大输入信号的正半周和负半周，即用一只三极管放大信号的正半周，用另一只三极管放大信号的负半周，两只三极管输出的半周信号在放大器负载上合并后得到一个完整周期的输出信号。 推挽放大器电路中，一只三极管工作在导通、放大状态时，另一只三极管处于截止状态，当输入信号变化到另一个半周后，原先导通、放大的
36、三极管进入截止，而原先截止的三极管进入导通、放大状态，两只三极管在不断地交替导通放大和截止变化，所以称为推挽放大器。图4-12 推挽输出4.4 正弦调制信号的产生 1K正弦调制信号的产生采用DDS技术。 DDS技术采用全数字技术实现频率合成，和其它一般的频率合成技术相比，有一些突出的优点和独特的性能：DDS 在相对带宽、频率转换时间、频率分辨率、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，为本系统实现AM，FM调制提供了稳定的正弦调制信号。DDS的实现原理如图4-1313：图4-13 DDS技术的实现DDS 技术的实现依赖于高速、高性能的数字器件
37、。可编程逻辑器件以其速度高、规模大、可编程，以及有强大EDA 软件支持等特性，十分适合实现频率的合成。 由于本系统要求产生1KHz的正弦调制信号,失真度要求要小,而且稳定性要好,DDS 的失真度除受D/A 转换器本身的噪声影响外，还与存储深度M和D/A 字长有密切关系，设q 为均匀量化间隔，其失真度近似数学关系为: =*100% (4-2)本系统的量化级为256（8 位DAC），经计算其失真度约为5.676%，可以满足设计要求。 系统采用Altera 公司的CPLD 器件EPM7128，其最高工作频率为120MHz，典型可用门5000 门。EPM7128SLC84-15是Altera公司推出的
38、MAX7000S 系列的CPLD(Complex Programmable Logic Device)；采用CMOS EPROM工艺，传输延迟仅为5ns；内部具有丰富的资源-128个触发器、2500个用户可编程门；而且具有68个用户可编程的IO口，为系统定义输入、输出和双向口提供了极大的方便；为了比较适合混合电压系统，通过配置，输入引脚可以兼容3.3V/5V逻辑电平，输出可以配置为3.3V/5V逻辑电平输出。EPM7128同时还提供了JTAG接口，可进行ISP编程，极大地方便了用户。 DDS设计电路产生的波形存在高次谐波，须进行低通滤波使波形平滑，为使通带内的起伏最小，我们采用了巴特沃斯二阶低
39、通滤波器，如图 4-14。巴特沃思二阶低通滤波器的截止频率为fc = 1/ 2RC 。由于只需产生1KHz的正弦信号,本系统设计的滤波器的截至频率为2KHz，选取C=1uf，经计算取R=80。 图4-14 二阶巴特沃思滤波器4.5 AM调幅信号的产生调幅（AM）是指用调制信号f（t）去控制载波c（t）的振幅，使已调波的包络按照f（t）的规律线性变化的过程，这种调制在中短波广播及通信中获得广泛应用。假设调制信号为f（t），载波为 c（t）=cos（t+） (4-3)则已调信号可以写为 (t)= + f（t）cost=m(t)cost (4-4)式中：为未调载波的振幅，为载波频率，为载波起始相位。
40、在AM 调幅中, 输出已调信号的包络与输入调制信号成正比,基于此我们采用控制输入调制信号的幅度来改变调制度ma, 使其可在10%100%之间程控调节，步进量10%。本系统中采用的是模拟乘法器 MC1496 来实现调制器的设计, MC1496 中包含了由带双电流源的标准差动放大器驱动的四个高位放大器输出集电极交叉耦合,产生了两个输入电压的全波平衡调制乘积现象,也就是说输出信号是一个常数乘以两个输入信号的乘积, 即为 = K。 使用模拟乘法器比较容易实现调幅，调制质量高。电路如图 4-15。图4-15 MC1496电路图4.6 ASK、PSK的产生4.6.1 ASK: 幅移键控ASK (Ampli
41、tude Shift Keying) ASK指的是振幅键控方式。这种调制方式是根据信号的不同，调节正弦波的幅度14。 幅度键控可以通过乘法器和开关电路来实现。载波在数字信号1或0的控制下通或断，在信号为1的状态载波接通，此时传输信道上有载波出现；在信号为0的状态下，载波被关闭，此时传输信道上无载波传送。那么在接收端我们就可以根据载波的有无还原出数字信号的1和0。二进制幅度键控信号的频带宽度为二进制基带信号宽度的两倍。 ASK信号的表达式为： (4-5)幅移键控法(ASK)的载波幅度是随着调制信号而变化的， 其最简单的形式是，载波在二进制调制信号控制下通断，此时又可称作开关键控法(OOK)。多电
42、平MASK调制方式是一种比较高效的传输方式，但由于它的抗噪声能力较差，尤其是抗衰落的能力不强，因而一般只适宜在恒参信道下采用。4.6.2 PSK：数字相位调制（phase shift keying）又称相移键控，利用不同的载波初始相位来表示数字信号的“0”和“1”，利用载波振荡相位的变化来传送数字信息，通常又把他们分为绝对相移（2PSK）和相对相移（2DPSK）两种。可以实现用高频载波对频率较低的数字基带信号的调制，使信号更适合在特定的信道中传输。二进制相移键控是用二进制数字信号去控制载波的相位，使已调等幅、恒定载波的载波相位与待发数字信号相对应；只有两种对应状态，例如载波相位以0相与相分别代
43、表“1”（传号）和“0”（空号）。如果数字基带信号g（t）是幅度为1、宽度为Tb的矩形脉冲，则2PSK信号可表示为 (4-6)或 (4-7)ASK、PSK采用数字键控的产生方法，图 4-16和图 4-17分别是他们实现的原理框图。图4-16 ASK信号调制器原理框图图4-17 PSK信号调制器原理框图选用模拟开关CD4052来实现数字键控。CD4052是一个差分4通道数字控制模拟开关，有A、B两个二进制控制输入端和INH输入，具有低导通阻抗和很低的截止漏电流。幅值为4.520V的数字信号可控制峰峰值至20V的模拟信号。例如，若VDD=+5V，VSS=0，VEE=-13.5V，则05V的数字信号可控制-13.54.5V的模拟信号，这些开关电路在整个VDD-VSS和VDD-VEE电源范围内具有极低的静态功耗，与控制信号的逻辑状态无关，当INH输入端=“1”时，所有通道截止。二位二进制输入信号选通4对通道中的一通道，可连接该输入至输出。其使用真值表如表4-3所示：表4-3INHIBITBA0000x,0y0011x,1y0102x,2y0113x,3y1XXNone应用时可以通过单片机对A/B的控制来选择输入哪一路
