正弦信号发生器设计.doc

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1、正弦信号发生器作者：程锟、晏婷婷、覃雄伟摘要：本设计以凌阳SPCE061A单片机为核心，基于直接数字频率合成（DDS）技术制作了一个频率值能任意调节的多功能信号源。该信号源在1KHZ~10MHZ范围能输出稳定可调的正弦波，并具有AM、ASK和PSK等调制功能。信号输出部分采用电流放大型宽带运放做电流放大，再用宽带电压运放做电压放大，很好地解决了带宽和带负载能力的要求。系统采用液晶显示模组CPCL501显示和键盘控制功能，在负载电阻下输出的电压峰-峰值≥1V可调。一、方案论证与选择单片机控制模块波形发生模块功放模块调制模块键盘显示1.题目分析：本设计要求可以输出较宽频带且频

2、率稳定度足够高的正弦信号，并且具有一定的负载能力，同时可输出指标满足要求的AM、ASK、PSK信号。综合题目指标要求及相关分析，得到该设计的功能框架图如图一所示。本设计可分为以下几个部分：频率合成模块、AGC（自动增益控制）模块、幅度控制模块、功率放大模块、调制模块及人机交流模块。图一功能模块框图2.方案比较（1）正弦信号发生模块方案一：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。其中电容采用变容二极管，通过控制二极管的电压来改变电容，最终控制输出信号频率。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。方案二：采用FPGA器件。

3、将某一标准正弦信号经过高速采样后送到外部存储器中储存好，然后用一个计数器产生地址读出存储器中的数据后送到D/A转换器件中输出，可以通过改变计数器的参数，改变地址信号，实现，也可以通过处理数据改变信号的幅度。但是此方案的输出波形受时钟影响较大，且不易于控制步进和进行功能扩展。方案三：采用直接频率合成集成芯片AD9851。AD9851是AD公司生产的DDS芯片，带并行和串行加载方式，AD9851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。综上：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，故采用方案三，作为1KHZ~10MHZ正弦

4、信号发生。（2）AGC（自动增益控制）模块方案一：选用场效应管和运算放大器来实现。此电路结构简单、元减少、易于实现，但其稳定性差、达不到要求。方案二：选用集成芯片AD603实现。信号经缓冲级后进入AD603，放大后进入有效值测量部分，得出有效值送入的那篇机，再由DAC输出给AD603控制放大倍数，实现自动增益控制。方案三：DAC控制增益。输入信号放大后作为基准电压送给DAC，相当于一个程控衰减器。在接一级放大，这两集放大可实现要求的放大倍数。输出接到有效值检测电路上，反馈给单片机。单片机根据反馈调节衰减器，实现自动调节增益。但增益动态范围有限。综上：采用方案二。（3）功率

5、放大模块方案一：程控放大器AD603。AD603的电压控制端加上控制电压，即可控制该放大器的增益。采用此方案的放大倍数控制灵活，甚至可以通过AGC比较容易实现设计要求中的输出电压范围。但是使用该方案费用比较高，而且调试比较复杂。方案二：使用高带宽运放进行放大。使用AD811等高带宽放大器直接进行放大。综上：由于方案二能实现要求的功能，电路简单，操作方便，故采用方案二。（4）模拟幅度调制(AM)模块方案一：采用软件技术实现。先用A/D转换芯片对调制信号进行采样，将采样的结果经过相应的大小处理后D/A转换输出到外部的程控放大器的增益控制端。从而控制输出信号的幅度，也即实现了A

6、M调制。由于程控放大器输入控制电压范围较小，A/D转换后的数据处理复杂而难以精确控制增益大小，且外围电路比较复杂难调试。方案二：采用模拟乘法器MC1496。MC1496实现将两个输入信号的相乘运算，通过相乘实现模拟调制，采用MC1496容易实现频谱搬移，且输出结果稳定性好，通过改变加给其调制信号的直流电平可以改变其调制深度。综上：采用方案二。（5）ASK、PSK调制模块方案一：直接采用软件方法实现。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的工作与否即可实现ASK调制。本方案直

7、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,但输出的信号不稳定。故不采用。方案二：采用模拟开关。将调制信号经过反向作一路输出，通过控制模拟开关选择输出原信号或反向信号从而实现PSK，而通过模拟开关选择输出信号的有无即实现ASK。使用此方法的原理简单，软件硬件都容易实现，且稳定性良好。综上：采用方案二。（6）控制系统的选择方案一：使用FPGA作为控制系统。对FPGA器件编程，使其实现对液晶，AD9851和模拟开关等的控制。但是由于本系统中对液晶的控制需要专业的模组工具才能更方便地使用，所以不采用此方案