2022年正弦信号发生器设计.docx

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1、精选学习资料 - - - - - - - - - 个人收集整理 仅供参考学习正弦信号发生器设计方案1 引言为了精确地输出正弦波、调幅波、调频波、PSK 及 ASK 等信号,并依据直接数字频率合成 Direct Digital FrequencySvnthesizer,简称 DDFS 技术及各种调制信号相关原理,设计 了一种采纳新型 DDS 器件产生正弦波信号和各种调制信号的设计方法；采纳该方法设计的 正弦信号发生器已广泛用于工程领域,且具有系统结构简洁,界面友好等特点；资料个人收集整理,勿做商业用途2 系统总体设计方案 图 1 给出系统总体设计方框图,它由单片机、现场可编程门阵列 FPGA 及

2、其外围的模 拟部分组成；在 FPGA 的内部数字部分中,利用 FPGA 内部的总线掌握模块实现与键盘扫描、液晶掌握等人机交互模块的通信,并在单片机与系统工作总掌握模块之间的交互通信中起桥梁作用； 系统工作总掌握可统一掌握各个时序模块；各时序模块用于完成相应的掌握功能；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,同时在基带码掌握下通过 PSK/ASK 调制电路得到 PsK 和ASK 信号；最终,各路信号挑选通道后,经功率放

3、大电路驱动 勿做商业用途3 理论分析与运算 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信号的角频率；1 / 5 50 负载；资料个人收集整理,MA为调制度；名师归纳总结 - - - - - - -第 1 页,共 5 页精选学习资料 - - - - - - - - - 个人收集整理 仅供参考学习令 VO=Vocos 0t ,V =MAcos t ,就 Vt=VO+VOV ；故调 幅信号可通过乘法器和加法器得到；通过转变调制信号 V 的幅值转变 MA,V 的范畴为 01l V ,MA对应为 10100；资料个人收集整理,勿做商业用途 32 调频信号 采纳 DDS调

4、频法产生调频信号, 详细实现方法： 通过相位累加器和波形储备 器在 FPGA内部构成一个 DDS模块,用于产生 1 kHz 的调制信号；其中,波形存 储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掌握字相加, 即可得到调频信号的瞬时频率掌握字,再按调制信号的频率切换这些频率掌握字,即可得到与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33 PSK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；当掌握信号为1 时,挑选载波信号输出； 当掌握信号为 0 时,不挑选载波信号输出； 当掌握信号由速率为 10 Kbs 的数字脉冲序列给出时

5、,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基本相同,只是在掌握信号为 0 时,挑选与原载波信号倒相的输出信号,该倒信任号可由增益倍数为 l 的反相放大电路实现；资料个人收集整理,勿做商业用途4 主要功能电路设计 图 2 给出调幅电路； 它采纳 ADI 公司的乘法器 AD835实现；该器件内部自带加法器,可直接构成调幅电路；图3 给出 PSKASK电路；它主要由多路复用器和移相器构成；其中,移相器采纳Maxim公司的高速运算放大器MAX477所构成的反相放大电路实现,多路复用器采纳ADI 公司的 AD7502；当两条通道挑选

6、掌握线A1AO为 ll时,输出原信号；当 A1A0为 00 时,输出原信号的反信任号；当A1A0为 01 时,无信号输出； 这样只要 FPGA按固定速率通过 Al 和 AO两条掌握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 时序掌握电路构成；分频器用于得到 20 kHz的信号,作为 AD985l 掌握字的切换频率； ROM中储备了1 kHz 的正弦波表,接收累加器给出的掌握字切换信号,同时向 AD985l 时序控制模块发送频偏掌握字；AD985l 时序掌握电路依据中心频率并结合频偏掌

7、握字2 / 5 名师归纳总结 - - - - - - -第 2 页,共 5 页精选学习资料 - - - - - - - - - 个人收集整理 仅供参考学习向 AD985l 器件发送频率掌握字,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*构成,如图 4 所示； AD8ll 采纳同相放大器接法,将输入信号放大到电压峰峰值为 6 V；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稳固在6 V；由于 AD81l 的输出电流较大,所以在AD811与缓冲器之间串接了一只l k的电阻用于限流；电路调试时发觉

8、输出高频信号有衰减；经过分析获知,主要缘由在于后级缓冲器有8 pF 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成效良好；资料个人收集整理,勿做商业用途5 系统软件设计该系统软件采纳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底层处理 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畴为3 / 5 名师归纳总结 - - - - - - -第 3 页,共 5 页精选学习资料 - - - - - - - - - 个人收集整理 仅供参考学习l kHz10 MHz,在

9、其内频率稳固度为 104；调频波的输出频率范畴为 100 kHz10 MHz,在其内最大频偏可分为 5 kHz10 kHz 二级程控调剂；调幅波的输出频率范畴为 l10 MHz,在其内调制度可在 10100之间程控调剂,且步进为10；ASK及 PSK信号就通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掌握下产生； （国外电子元器件 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；这里选取1 k

10、Hz,lO kHz ,100 kHz,l MHz和 10 MHz这 5 个频率点对正弦信号发生器进行测试,将实际频率与预置频率相 比较,得到各频率点的相对误差均小于 005；其中 100 kHz 和 10 MHz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 628 V,625 V,610 V,590 V,560 V；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；在不同的模式下分别执行相应的子程序,最终分别向 FPGA写入相应的掌握字；资料个人收集整理,勿做商业用途模块功能；最终由主程

11、序调用全功能模块构建系统；图 5 给出程序流程图；子程序所处理的数据, 向上层全功能模块供应处理后的数据；后者指利用前者的 接口完成该模块功能； 最终由主程序调用全功能模块构建系统；图 5 给出程序流 程图；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；在不同的模式下分别执行相应的子程序,最终分别向 FPGA写入相应的掌握字；资料个人收集整理,勿做商业用途6 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、

12、 PSK以及 ASK等信号波形；这里选取1 kHz,lO kHz ,100 kHz,l MHz和 10 MHz这 5 个频率点对正弦信号发生器进行测试,将实际频率与预置频率相4 / 5 名师归纳总结 - - - - - - -第 4 页,共 5 页精选学习资料 - - - - - - - - - 个人收集整理 仅供参考学习比较,得到各频率点的相对误差均小于 005；其中 100 kHz 和 10 MHz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 628 V,625 V,610 V,590 V,560 V；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畴为 l kHz10 MHz,在其内频率稳固度为 104；调频波的输出频率范畴为 100 kHz10 MHz,在其内最大频偏可分为5 kHz10 kHz二级程控调剂；调幅波的输出频率范畴为l10 MHz,在其内调制度可在10100之间程控调剂,且步进为10； ASK及 PSK信号就通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掌握下产生；（国外电子元器件作者：马海洋,曾真,徐广嵌）资料个人收集整理,勿做商业用途5 / 5 名师归纳总结 - - - - - - -第 5 页,共 5 页