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1、课题名称 基于AD9850的信号发生器 摘要基于AD9850的正弦信号发生器主要包括 DDS频率合成器(AD9850)和 SPCE061A。正弦信号发生器利用最新的频率合成技术，实现了1KHz10MHz的正弦波输出，可以输出调制度可调的AM信号，FM信号， PSK，ASK信号。采用了超宽带、超低噪声的高速运放，提高了输出电压的幅度。整个系统以SPCE061A为控制中心，有很高的精确度和稳定度。在软件设计中，通过SPCE061A对频率控制字的设置，可以实现相应频率的信号。输出信号频率稳定，无明显失真。关键字：DDS 数字频率合成 SPCE061A 信号发生器 AbstractThe sine s
2、ingle generator mainly consists of DDS frequency synthesizer(AD9850)，SPCE061A and Man-Machine-Interface Module(including keybroad and LED). This sine single generator, based on the DDS new technique, can generate a sine wave with a frequency ranging from 1KHz to 10MHz. The system can also output an
3、AM signal with FM signal ，PSK or ASK signals. Applying the low noise, high speed ,wide pass band Op Amp, the output voltage amplitude is increased. In the whole system, SPCE061A is controller center, which provides a high precision and stabilization. In software design, by seting frequency control c
4、odes with SPCE061A, relevant frequency single can be produced. The output single frequency is stable and has little distortion. Keyword: DDS SPCE061A Single generator 目 录 摘要III目 录V第一章 绪论11.1课题背景11.2信号发生器的发展11.3信号发生器的分类21.4 基本性能2第二章 主要器件简介32.1 DDS技术32.1.1 概述32.1.2 DDS技术的发展现状32.1.3 具体运行32.1.4 AD9850简介
5、42.1.5 AD9850各引脚功能52.2 SPCE061A简介6第三章：方案论证83.1 主控制器的选择83.2 正弦信号的产生83.3 输出电压放大93.4 FM调频电路93.5 AM调幅电路103.6 二进制PSK和ASK信号的产生103.7硬件与软件接口方案103.8 软件控制功能方案11第四章 硬件电路设计134.1正弦信号产生134.2 带负载输出144.3 正弦调制信号的产生144.4 AM调幅信号的产生144.5 ASK、PSK的产生15第五章 软件设置165.1软件功能的实现165.2软件流图175.2.1 主程序175.2.2 FM信号的实现185.2.3 键盘扫描流程图
6、185.3 信号频率控制字196.1测试仪器与方法216.1.1 测试仪器216.1.2 测试方法：216.1.3 指标测试216.2 波形显示236.3 结论23参考文献24谢辞25附录A26附录B27附录C28第一章 绪论1.1课题背景在信号发生器中,常常需要输出频率可预置、步长可变、步进可调的信号。所以常常需要用到频率合成技术。常用的频率合成技术（FS，Frequency Systhesis）有模拟锁相环、数字锁相环，小数分频锁相环等，而直接数字频率合成技术（DDS）是随着数字集成电路和微电子技术的发展而出现的新的合成技术。它从相位的概念出发进行频率合成，采用了数字采样存储技术，具有相位
7、精确、频率分辨力高、转换时间短等优点，是近年来新的FS技术，DDS专用芯片在从测量设备到无线和卫星通信等领域得到了广泛的应用，它使用一个内置高性能数模转换器(DAC)以将参考频率转换成受极精细频率控制的采样正弦波。在参考时钟的控制下，相位累加器对频率控制字进行线性累加，得到的相位码对波形存储器寻址，使之输出相应的幅度码，经过数模转换器得到相对应的阶梯波，最后经低通滤波器得到连续变化的所需频率的波形。其采用全数字式实现频率合成。直接对参考时钟进行抽样和数字化，然后通过数字计算技术进行频率合成。因此它具有转换速度快，频率分辨率高，输出相位持续，可编程、体积小易于集成、功耗低等优点，是其他频率合成技
8、术无法比拟的。 目前传统的方法往往采取压控振荡器或分立模块组成的“直接数字频率合成器”(简称DDS) 等方式产生,这些方式存在的缺点是频率准确度不高、频率范围较窄、调整不方便、电路复杂，可靠性也差。而今由于大规模集成电路技术的发展，已有多种DDS芯片可供选择。为此,本文介绍了用美国Analog Devices公司的AD9850芯片，设计实用信号源的方法本次设计一个正弦信号发生器，使用凌阳公司的SPCE061A单片机作为CPU，同时又结合DDS芯片AD9850技术，产生1K10MKHz频率可调的正弦信号,正弦信号频率设定值可断电保存；采用宽频放大技术，产生载波频率可设定的FM和AM信号；调制信号
9、为1KHz的正弦波，调制信号的产生采用DDS技术，利用二进制基带序列码，在固定载波频率下进行数字键控，产生ASK，PSK信号。系统操作简单，快捷，且系统的精度和稳定性高。能产生任意波形并达到很高的频率。但成本较高。1.2信号发生器的发展信号发生器是一种最悠久的测量仪器，早在20年代电子设备刚出现时它就产生了。随着通信和雷达技术的发展，40年代出现了主要用于测试各种接收机的标准信号发生器，使信号发生器从定性分析的测试仪器发展成定量分析的测量仪器。同时还出现了可用来测量脉冲电路或用作脉冲调制器的脉冲信号发生器。由于早期的信号发生器机械结构比较复杂，功率比较大，电路比较简单，因此发展速度比较慢。直到
10、1964年才出现第一台全晶体管的信号发生器。自60年代以来信号发生器有了迅速的发展，出现了函数发生器，这个时期的信号发生器多采用模拟电子技术，由分立元件或模拟集成电路构成，其电路结构复杂，且仅能产生正弦波、方波、锯齿波和三角波等几种简单波形，由于模拟电路的漂移较大，使其输出的波形的幅度稳定性差，而且模拟器件构成的电路存在着尺寸大、价格贵、功耗大等缺点，并且要产生较为复杂的信号波形则电路结构非常复杂。自从70年代微处理器出现以后，利用微处理器、模数转换器和数模转换器，硬件和软件使信号发生器的功能扩大，产生比较复杂的波形。这时期的信号发生器多以软件为主，实质是采用微处理器对DAC的程序控制，就可以
11、得到各种简单的波形。软件控制波形的一个最大缺点就是输出波形的频率低，这主要是由CPU的工作速度决定的，如果想提高频率可以改进软件程序减少其执行周期时间或提高CPU的时钟周期，但这些办法是有限度的，根本的办法还是要改进硬件电路。随着现代电子、计算机和信号处理等技术的发展，极大促进了数字化技术在电子测量仪器中的应用，使原有的模拟信号处理逐步被数字信号处理所代替，从而扩充了仪器信号的处理能力，提高了信号测量的准确度、精度和变换速度，克服了模拟信号处理的诸多缺点，数字信号发生器随之发展起来。1.3信号发生器的分类研究或调整电子电路及设备时，为测定电路的一些电参量，如测量频率响应、噪声系数，为电压表定度
12、等，都要求提供符合所定技术条件的电信号，以模拟在实际工作中使用的待测设备的激励信号。当要求进行系统的稳态特性测量时，需使用振幅、频率已知的正弦信号源。当测试系统的瞬态特性时，又需使用前沿时间、脉冲宽度和重复周期已知的矩形脉冲源。并且要求信号源输出信号的参数，如频率、波形、输出电压或功率等，能在一定范围内进行精确调整，有很好的稳定性，有输出指示。信号发生器的应用非常广泛，种类繁多。首先，信号发生器可以分通用和专用两大类，专用信号发生器主要为了某种特殊的测量目的而研制的，如电视信号发生器、脉冲编码信号发生器等。这种发生器的特性是受测量对象的要求所制约的。其次，信号发生器按输出波形又可分为正弦波信号
13、发生器、脉冲波信号发生器、函数发生器和任意波发生器等。再次，按其产生频率的方法又可分为谐振法和合成法两种。一般传统的信号发生器都采用谐振法，即用具有频率选择性的回路来产生正弦振荡，获得所需频率。但也可以通过频率合成技术来获得所需频率。利用频率合成技术制成的信号发生器，通常被称为合成信号发生器。 信号源可以根据输出波形的不同，划分为正弦波信号发生器、矩形脉冲信号发生器、函数信号发生器和随机信号发生器等四大类。正弦信号是使用最广泛的测试信号。这是因为产生正弦信号的方法比较简单，而且用正弦信号测量比较方便。正弦信号源又可以根据工作频率范围的不同划分为若干种。1.4 基本性能（1） 可以产生输出频率范
14、围为1KHz10MHz的正弦波（2） 输出信号频率稳定度：优于10-4；（3） 输出电压幅度：在50欧姆负载电阻上的电压峰-峰值Vopp1V。（4） 失真度：用示波器观察时无明显失真。 第二章 主要器件简介2.1 DDS技术2.1.1 概述一个基本的DDS电路包括电子控制器、随机访问存储器（RAM）、频率参考源（通常是晶振）、计数器和数模转换器（DAC）。要使DDS系统工作需要两个操作阶段：我们称之为编程和运行。 本次设计采用SPCE061A实现直接数字频率合成技术（DDS）产生出所需要的信号波形,不仅大大提高信号源的分辨率，而且可以有效的降低了制造成本和缩小了产品体积。2.1.2 DDS技术
15、的发展现状随着无线电技术迅速发展，雷达、导航、宇宙飞行、导弹及空间探索工作的开展，需要高精度、高稳定的频率标准源。目前，作为频率标准源的有石英晶体振荡器、氢原子振荡器等。近几十年来，频率标准源的准确度和稳定度有很大提高，但原子频标造价昂贵，石英晶体也是稀有金属，并且这些频率标准基本上都只能输出单一频率，而目前生产实践和科学研究中，往往需要获得大量的高稳定度频率。如果大量高稳定频率都用原子标频或石英晶体，不但造价惊人，而且体积庞大，在实际应用中极不方便。因此在实践中，人们利用各种频率合成技术产生出了符合实际生产需要的各种频率的信号。直接数字频率合成（DDS）是近年来发展起来的一种新的数字式频率合
16、成技术。它是1971年美国学者J.Tierncy，C.M.Rader和B.Gold提出来的从相位概念出发合成所需波形的一种新的全数字频率合成技术。近20年间，随着技术和器件水平的提高，其优势日益明显，DDS技术得到了飞速的发展。DDS技术的主要优点是相对带宽很宽、频率转换时间极短（可小于20ns）、频率分辨率很高、全数字化结构便于集成、输出相位连续、频率、相位和幅度均可实现程控。因此，能够与计算机紧密结合在一起，充分发挥软件的作用。作为应用，现在已有DDS产品用于接收机本振、信号发生器、通信系统、雷达系统、跳频通信系统等。自80年代以来各国都在研制DDS产品，随着基础电路制造工艺的逐步提高，通
17、过采用先进的工艺和低功耗的设计，DDS的工作速度已经有了很大提高并广泛地应用于各个领域。其中以AD公司的产品比较有代表性。如AD7008,AD9850,AD9851,AD9858,AD9953等，其系统的时钟频率从30MHZ到1GHZ不等。这些芯片还具有调制功能，如AD7008可以产生正交调制信号，AD9852也可以产生ASK,PSK，线性调频以及调幅信号。芯片内部采用了优化设计，大多采用了流水技术，提高了相位累加器的工作频率，进一步提高了DDS芯片的输出频率。通过利用流水技术在保证相位累加器工作频率的前提下，相位累加器的字长可以设计得更长，如AD9953的相位累加器达到了32位。同时为了抑制
18、杂散，这些芯片大多采用了随机抖动法提高无杂散动态范围。虽然DDS技术的应用日益广泛，但是目前可以产生多通信信号的仪器数量很少而且价格非常昂贵，在现代的通信对抗和无线电监测研究中，人们多使用的是基于DDS技术的任意波形发生器，使用前需将所需波形的数据输入仪器，过程非常繁琐，信号参数改变时需重新产生和输入数据，操作也不很方便，使DDS技术的使用受到了限制。2.1.3 具体运行a).编程在编程这一阶段里，电子控制器把数据载入至存储器中。数据的每一个单元是一个用来表示当前时刻信号幅度的二进制数。存储器中这些数据的排列（数组）构成一张振幅表，表示每一时刻当前波形的振幅。举个例子，在一张振幅表中，前一半的
19、数全为0，后一半全为波形振幅的最大值（100%），这些数据就表示“方波”了。任何波形都可以通过简单地改变这些数据来产生。b). 运行在运行这一阶段中，计数器（可以称之为相位累加器）受频率参考源的指示，每一个脉冲自增。相位累加器的输出（相位）通常就是数组中依次输出的各个数据。最后会被DAC依次转换成模拟波形。为了产生周期波形，电路被设计成每一个波形周期的时间片读取振幅表中的一个数据。举个例子，如果参考频率是1MHz，而且振幅表中包含1000个数据，以自增1的方式读完整个振幅表需要1000 / 1 MHz = 1 ms，所以最后输出波形的频率为1/(1 ms) = 1 kHz。系统能产生更高的输出
20、频率通过简单地增加相位自增速度，从而使计数器能更快地读完一遍振幅表。在上面的那个例子中，相位自增的幅度是1，所以如果自增的幅度设为2，则输出波形的频率将提高一倍。为了能较好地控制频率，可将标准的相位自增幅度设为10。这样微调输出频率。举个例子，如果将相位自增幅度提至11则会增加10%的输出频率。当将相位自增幅度减至9时，输出频率会相应地减小。为了获得更加精确的输出频率，需用计数器和DAC拥有较多的位数。c).执行细节实际执行中通常在32位的相位累加器和相位自增中设置查找表在大小为2的n次方。通常计数器的高位8或10比特用作查找表的索引（查找表的大小通常为256或1024）。剩余的低位比特可被作
21、为参数或索引，用来窜改查找表中邻近的数据。经常用线性插值法来实现。频率源通常由一个1MHz至100MHz的晶振产生。 最高频率产生的方式取决于查找表的大小和（频率源的）频率。为了能产生清晰的波形，（查找表中）必须拥有最少的采样点。如果相位自增幅度太大，计数器阅遍查找表太快从而导致输出信号的失真。 DDS的实现有软件与硬件两种。由于DDS的实时性，软件的实现通常只用于声音频率的产生。2.1.4 AD9850简介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-4080, 采用28 脚SSOP 表面封装形式。图中层虚线内是一个完整的可编程DDS系统,外层
22、虚线内包含了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。相位寄存器每过2N/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
23、而使整个DDS系统输出一个正弦波。输出的正弦波周期TO = Tc2N/M，频率fout = Mfc/2N ，Tc、fc 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， 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ISET = 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
24、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0.0291Hz；并具有5位相位控制位,而且允许相位按增量180、90、45、22.5、11.25或这些值的组合进行调整。 图1 DDS应用模块实物图 图2 AD9850组成框图2.1.5 AD9850各引脚功能AD9850的封装形式如图3所示D0D7：8位数据输入口，可给内部寄存器装入40位控制数据。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。 图3 AD9850引脚图l AGND: 模拟地。l AVDD：模拟电源（+5V）l DGND: 数字地。
25、l DVDD：数字电源（+5V）l RSET，DAC：外部复位连接端。l VOUTN: 内部比较器的负向输出端。l VOUTP:内部比较器的正向输出端。l VINN:内部比较器的负向输入端。l VINP:内部比较器的正向输入端。l DACBP:DAC旁路连接端。l IOUTB:“互补”DAC输出。l IOUT:内部DAC输出端。l RESET:复位端。2.2 SPCE061A简介 随着单片机功能集成化的发展，其应用领域也逐渐地由传统的控制，扩展为控制处理以及数字信号处理等领域。为此，凌阳最新推出了16位单片机，如图所示图4 61板功能图SPCE061A的CPU为16位微处理器，其内部含有8个寄
26、存器，4个通用寄存器R1R4，1个程序计数器PC，1个堆栈指针SP，1个基址指针BP，1个段寄存器SR，通用寄存器R3和R4结合组成一个32位寄存器MR，MR可以作为乘法运算和内积运算的目标寄存器。内嵌2KB的SRAM和32KB闪存FLASH ROM。系统时钟由锁相环（PLL）振荡器为系统提供一个实时时钟的基频（32768HZ），然后将基基频进行倍频，调整至49.152MHZ，40.96MHZ，32.768MHZ，24.576MHZ或20.480MHZ。系统时钟频率（Fosc）和CPU时钟频率（CPUCLK）可通过编程来控制。默认的Fosc，CPUCLK分别为24.576MHZ和Fosc/8.
27、透过对32768Hz实时时钟源分频而提供了多种实时时钟中断源。低电压监测和低电压复位低电压监测功能可以提供系统内电源电压的使用情况。可以通过编程来控制，系统默认的电压监测低限为2.4V。4极电压监测底限：2.4V,2.8V,3.2V和3.6V。SPCE061A具有2种中断方式：快速中断请求FIQ中断和中断请求IRQ中断。中断控制器可处理3种FIQ中断和14种IRQ中断，以及1个由指令BREAK控制的软中断。系统有两个可编程口：A口和B口。A口既是具有可编程唤醒功能的普通I/O口，又可与ADC的多路LINEIN输入公用，B口除了具有普通I/O口的功能外，在特定的管脚上还可以完成一些特殊的功能。I
28、/O口兼容5VTTL逻辑电平。SPCE061A提供2个16位的定时器/计数器：TimerA和TimerB。TimerA为通用寄存器；TimerB为多功能计数器。时基信号，来自于32768Hz实时时钟，通过频率选择组合而成。此外，时基信号发生器还可以直接生成2Hz，4Hz，1024Hz，2048Hz以及4096Hz的时基信号，为中断系统提供各种实时中断源信号。图5 SPCE061A封装引脚图SPCE061A有8个10位模数转换通道，其中7个通道用于将模拟量信号转换为数字量信号，可直接通过（IOA0-6）输入。另外有一个通道只作为语音输入通道，通过内置有自动增益控制放大器的麦克风通道（MIC IN
29、）输入。SPCE061A为音频输出提供了2个10位的模数转换器（输出为电流型），即DAC1和DAC2。DAC1,DAC2转换输出的模拟量电流信号分别通过AUD1和AUD2管脚输出。串行设备接口串行输入输出SIO提供了1个1位的串行接口，用于与其他设备进行数据通讯。在SPCE061A内通过IOB0和IOB1这两个端口实现与设备进行串行数据交换功能。更为可贵的是，厂家提供的开发环境支持C语言和汇编语言程序设计，以及C语言和汇编语言的混合编程，大大方便了用户的程序设计，提高了系统开发效率，降低了开发成本。第三章 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
30、调频电路模块、AM调幅电路模块和人机界面模块构成。如下图图6 系统模块框图3.1 主控制器的选择方案一：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
31、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，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。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
32、制器。3.2 正弦信号的产生方案一：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：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
33、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。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。综上所述，选择方案三，用专用DDS芯片AD9850产生正弦波。AD9850是采用DDS技术、高度集成化的器件，当它在并行工作方式时，有8根数据线、3根控制线与单片机相连。AD9850的频率控制字为： （公式1）其中为频率控制字，为要输出的正弦的频率，为系统时钟的频率，由晶振产生。3.3
34、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。3.4 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
35、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。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。方案三：凌阳的单片机芯片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
36、频率，从而达到调频效果，而且硬件设计简单。本设计使用方案三。图7锁相环框图3.5 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，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
37、，选用集成模拟乘法器MC1496实现AM的模拟调幅。3.6 二进制PSK和ASK信号的产生方案一：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
38、号移相180度。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。3.7硬件与软件接口方案系统采用凌阳SPCE061A十六位单片机控制DDS芯片，软件采用了凌阳公司的MINIOS实时操作系统，并采用了事件驱动的编程思想。主任务就是一个消息驱动的线程，等待任务和其他中断发出事件请求来完成各种功能。具体功能为各种参数的设定；频率步进等。控制模块主要为凌阳单片机SPECE06A。信号生成采用数字方式在单片机中实现，因此信号产生模块是整个系统的核心，包含基本的下载、调试和IO等功能。软件编程主要是根据AD9850的控制字方式,
39、把具有不同功能的控制字写入到芯片内部。以并行输入方式为例,对AD9850操作的40 位控制字各位的功能如表1 所列。在这种方式下当外部参考时钟频率为10MHz 的情况下,如果要满足以下几种技术要求:l 相位置于180;l 选择powerup 模式;l 输出信号频率为10MHz。根据表1 控制数据格式及式(1) 给出的输出频率和输出相位计算公式,可知40 位控制数据应按如下给出:W0 = 10000001 ;W1 = 00110101 ;W2 = 01010101;W3 = 01010101;W4 = 01010101 。由以上数据并根据芯片相应的控制方式,在AD9850 复位后,由单片机给出合
40、适的W- CL K 和FQ - UD 信号,即可通过简单的操作完成预期的功能。 图8 单片机与AD9850连接图 表1 AD9850控制字（2）并行接口方式并行接口电路比较简单，但是占用单片机资源相对较多，AD9850的数据线D0D7和FQ-UD、W-CLK与IOB口相连，所有的时序关系均可通过软件控制实现。将DDS控制从高至低存放于低，并准备下一字节的发送，连续发送5个字节后，须将FQ-UD再次置高，以使AD9850根据刚输入的控制字更改频率和相位输出，随后再置FQ-UD为低，准备下一组发送。3.8 软件控制功能方案AD9850有两种与微机并行打印机相连的评估版，并配有Windows下运行的
41、软件，可以作为应用参考，但运用单片机实现对DDS的控制与微机实现的控制相比，具有编程控制简便和接口简单等优点，因此，本系统采用凌阳SPCE061A单片机作为控制核心来向AD9850发送控制字。单片机与AD9850的接口既可以采用并行方式，也可以采用串行方式，但为了充分发挥芯片的高速性能，应在单片机资源允许的情况下，尽可能选用并行方式。并行工作方式时，有8根数据线、3根控制线与单片机相连。AD9850的频率控制字可根据公式（1）进行计算，然后将计算出的控制字写入单片机，再由单片机向AD9850发送相应的数据，便可以产生相应频率的波形。以模拟频率调制方案为例，我们采用软件调频的方案，通过中断单片机
42、采样调制信号，然后通过线性运算把采样得到的电压值转换成对应的频偏值，然后与当前设置的中心频率相加，换算成频率控制字送到DDS，这样就实现了FM，如图 9（a）。但是根据题目要求，调制信号为固定的1KHz正弦，所以，我们就去掉了繁杂的采集和运算，直接把对应于1KHz正弦信号的频偏控制字存储为一个表，然后通过中断把这个表里的频偏控制字和当前中心频率控制字相加送出。当前中心频率和频偏表里的每一个元素分别做这样一次运算之后得到频率控制字表并存储。之后打开32KHz的中断，从这个表里依次取值送出。这个中断服务过程中单片机没有一点运算。此过程见图9（b） (a) (b)图9 频率调制实现框图第四章 硬件电
43、路设计4.1正弦信号产生基于AD9850的正弦信号发生器以凌阳SPCE061A单片机和AD9850为核心，包括键盘和显示模块，电压放大模块，AM调幅模块，PSK/ASK键控模块。信号的产生与控制部分电路由DDS芯片与SPCE061A单片机组成，用户通过键盘输入信号要求被SPCE061A接受，并经过处理后将计算出的数据传送给AD9850，由AD9850产生频率幅度可控的信号。系统总体框图如下图所示图10 系统总体框图因为要考虑到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。
44、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。4.2 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；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。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11 宽频放大电路4.3 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
45、、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 技术的实现依赖于高速、高性能的数字器件。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。4.4 AM调幅信号的产生幅度调制是正弦波或脉冲序列的幅度随调制信号线形变化的过程,标准调幅信号可表示为：其中：其中为外加直流，固定，为调制信号，改变就可以控制调制度。 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, 使其可在10%
46、100%之间程控调节，步进量10%.图12 AM调幅电路实物图4.5 ASK、PSK的产生ASK、PSK一般采用数字键控的产生方法，选用模拟开关CD4052来实现数字键控。要实现PSK还要增加一级放大增益为-1的运算放大电路，使载波信号产生一路的180度相移。 其原理图如下：图13 ASK 电路图 图14 PSK电路图图15 ASKPSK键控实物图第五章 软件设置5.1软件功能的实现系统软件部分主要包括了操作菜单，各种信号的设置和控制。正弦波产生过程为：频率设置，数据处理，然后控制DDS芯片完成各种频率的正弦波产生；调幅波产生过程为：通过调制系数的设置，控制D/A转换器输出，可得到不同幅值的调
47、制波，与载波相乘来实现调幅波的产生；PSK、ASK产生：通过MCU对模拟开关的控制来完成PSK、ASK的产生。调频信号产生过程：通过A/D转换器采集调制信号，然后根据调制信号的幅度计算出频偏，把频偏数据下载到DDS即可实现调频信号的产生。 图16 系统总体设计框图软件采用了凌阳公司的MINIOS实时操作系统，并采用了事件驱动的编程思想。主任务就是一个消息驱动的线程，等待键盘任务和其他中断发出事件请求来完成各种功能。具体功能有：图形化的操作界面；各个功能的切换；各种参数的设定；频率步进等。利用消息驱动机制实现了图形动态菜单。使操作界面更加直观，更加人性化，操作更简单。消息驱动的简单数据结构：union _EVENT_FLAG_struct _bit_flagunsigned char INTOSUBMENU :1;unsigned c
