正弦波调制信号发生器设计

天津工业大学毕业设计（论文）正弦波调制信号发生器设计姓名：刘国威院(系)别：电子与信息工程学院专业：电子信息工程班级：电子072 指导教师：李金桐职称：讲师2011年6月1日天津工业大学毕业设计（论文）任务书题目正弦波调制信号发生器设计学生姓名刘国威学院名称电子与信息工程学院专业班级电子072课题类型模拟课题课题意义正弦波信号发生器是使用最广泛的信号发生器，主要用于测量电路和系统的频率特性、非线性失真、增益及灵敏度等。作为电子技术领域中最基本的电子仪器，广泛应用于航空航天测控、通信系统、电子对抗、电子测量、科研等各个领域中。通过本课题的研究和设计，实际动手的过程中将理论知识在本项目中综合加以运用，对大学所学知识有一个系统的巩固和应用，也为毕业后走上工作岗位积累一定的经验。任务与进度要求2011.3—2011.4查阅相关的文献和资料，确定并提交整体设计方案2011.4—2011.5总体设计，软硬件设计，硬件与软件的调试测试，实现设计要求2011.5—2011.6书写论文，准备论文答辩主要参考文献1．苗长云，沈保锁，厉彦峰.现代通信原理及应用.电子工业出版社，20052．刘顺兰吴杰.数字信号处理.西安电子科技大学出版社3．潘松，黄继业.EDA技术使用教程.科学出版社4.耿仁义.新编微机原理及接口技术.天津：天津大学出版社5.张肃文，陆兆熊.高频电子线路.北京：高等教育出版社，20046.杨永华，王贤恩.基于DDS技术的数控信号源的设计[J].浙江海洋学院学报(自然科学版)，2006，(02)：216~2197.陈小荣.基于DDS的正弦信号发生器设计[M].仪器仪表用户，2006，(04)：53~54起止日期2011年3月1日——2011年6月6日备注院长教研室主任指导教师毕业设计（论文）开题报告表2011年3月2日姓名刘国威学院电子与信息工程学院专业电子信息工程班级电子072题目正弦波调制信号发生器设计指导教师李金桐一、与本课题有关的国内外研究情况、课题研究的主要内容、目的和意义：与本课题有关的国内外研究情况：波形发生器，作为实验用的一种信号源，是现今各种电子电路实验设计应用中必不可少的仪器设备之一。目前，市场上常见的波形发生器多为纯硬件的搭接而成。近几年来，国际上波形发生器技术发展迅速，与以前有了很大不同。过去由于频率很低应用的范围比较狭小，输出波形频率的提高，使得波形发生器能应用于越来越广的领域。波形发生器软件的开发使波形数据的输入变得更加方便和容易。与VXI资源结合。波形发生器VXI模块仅限于航空、军事及国防等大型领域。随着信息技术蓬勃发展，台式仪器在走了一段下坡路之后，又重新繁荣起来。新一代台式仪器具有多种特性，可以执行多种功能。而且外形尺寸与价格，都比过去的类似产品减少了一半。目的:利用DDS技术设计一个正弦波调制信号发生器。实现对正弦波的调幅、调频、调相。主要内容：对正弦波信号发生器和DDS进行详细分析，然后基于DDS技术设计出整个系统的各个模块，完成本设计并达到设计目地。意义：学生要在实际动手的过程中将理论知识在本项目中综合加以运用，并最终通过实验分析报告的形式，反过来进一步加深对理论知识的巩固.通过本项目的实践训练的学生，其工程素质必将会得到极大的提高。二、进度及预期结果：起止日期主要内容预期结果2.25-3.103.12-3.233.24-3.304.01-4.305.01-5.205.21-6.06查阅相关的文献确定整体设计思路和步骤熟练掌握软件操作平台硬件设计及软件编程硬件与软件调试测试，实现设计要求撰写论文，准备论文答辩获取相关资料确定设计步骤熟练使用软件操作平台完成硬件及程序设计调试成功完成论文完成课题的现有条件实验室现有设备、仪器。审查意见指导教师：年月日学院意见主管领导：年月日天津工业大学毕业设计（论文）进度检查记录题目正弦波调制信号发生器设计学生姓名刘国威学院名称电子与信息工程学院专业班级电子072指导教师姓名李金桐指导教师职称讲师日期指导记录3.1提出并解释毕业设计题目和主要内容3.8指导学生根据题目和内容进行资料查询3.15检查资料结果，对系统整体方案进行讨论3.22指导相关基础知识学习，明确范围3.29检查和指导整体设计方案，指导学生着手编程实现4.4进一步对要求进行分析和解释，程序设计指导4.11程序设计指导4.18程序设计指导4.25检查程序设计完成情况，指导仿真和测试5.4检查仿真情况和需要修改的地方5.10仿真指导5.17指导论文的写作5.22毕设写作范围指导5.26毕设初稿审查6.2毕设定稿，指导毕业生答辩天津工业大学本科毕业设计（论文）评阅表（设计类）毕业设计题目正弦波调制信号发生器设计学生姓名刘国威学生班级电子072指导教师姓名李金桐评审项目指标满分评分选题能体现本专业培养目标，题目大小、难度适中；学生工作量饱满，能得到较全面训练。10题目与生产、科研等实际问题结合紧密。10课题调研文献检索能独立查阅文献以及从事其它形式的调研，能较好地理解课题任务并提出实施方案；有分析整理各类信息从中获取新知识的能力。15外文应用能正确引用外文文献，翻译准确，文字流畅。5设计说明书（论文）设计图纸（插图）简洁、规范、无差错，设计栏目齐全合理，能正确使用国家标准单位。15设计说明书（论文）结构严谨，表达清楚，文字通顺，用语正确，基本无错别字和病句，书写格式符合规范。15能根据毕业设计目标进行实验设计，对数据的运算及处理正确无差错，对实验结果的分析准确。20设计具有创新性或实用价值。10合计100意见及建议评阅人签名： 年月日天津工业大学毕业设计（论文）成绩考核表学生姓名刘国威学院名称电子与信息工程学院专业班级电子072题目正弦波调制信号发生器设计1．毕业设计（论文）指导教师评语及成绩：成绩：成绩：指导教师签字：年月日2．毕业设计（论文）答辩委员会评语及成绩：成绩：成绩：答辩主席（或组长）签字：年月日3．毕业设计（论文）总成绩：a.指导教师给定成绩b.评阅教师给定成绩c.毕业答辩成绩总成绩(a×0.5+b×0.2+c×0.3)DDS芯片的简单介绍一块DDS芯片中主要包括频率控制寄存器、高速相位累加器和正弦计算器三个部分（如Q2220）。频率控制寄存器可以串行或并行的方式装载并寄存用户输入的频率控制码；而相位累加器根据频率控制码在每个时钟周期内进行相位累加，得到一个相位值；正弦计算器则对该相位值计算数字化正弦波幅度（芯片一般通过查表得到）。DDS芯片输出的一般是数字化的正弦波，因此还需经过高速D/A转换器和低通滤波器才能得到一个可用的模拟频率信号。另外，有些DDS芯片还具有调幅、调频和调相等调制功能及片内D/A变换器（如AD7008）。图2-1AD7008内部结构图2.2.6DDS主要芯片表4-1AD公司的常用DDS芯片选用列表2.3正弦波调制信号发生器的总体设计根据题目要求，本系统主要由主控制器模块、正弦信号发生模块、AM调幅电路模块、FM调频电路模块、放大模块、和人机界面模块构成。如图2-2所示。输出FM输出FMSPCE061A单片机倒向器乘法器AD98504051（1）输出正弦波显示键盘SPCE061A单片机倒向器乘法器AD98504051（1）输出正弦波显示键盘放大器放大器输出AM输出AMASK/ASK/PSK4051（2）10kbps10kbps1KHz1KHz调制信号图2-2系统模块框图系统工作时，单片机按照用户要求输出不同的命令控制字，控制AD9850产生不同的正弦波（1KHz~10MHz），经放大后输出正弦波。AD9850产生的载波信号和经单片机控制的4051(1)选通的1KHz的调制信号加载到乘法器，从而输出输出AM信号。FM信号由单片机实现。AD9850产生的正弦波引出两路，一路直接输入4051(2)，另一路经倒向器输出4051(2)，根据由单片机控制的10kbps的码元选通4051(2)不同的通道输出ASK信号和PSK信号。天津工业大学本科毕业论文 第三章正弦波调制信号发生器的硬件设计本设计以凌阳SPACE061A和AD9850为核心器件，按照从上到下的方法，设计出正弦波调制信号发生器，首先设计总体结构，然后再逐层深入，直至进行每一个模块的设计。主要由主控制器模块、正弦信号发生模块、AM调幅电路模块、FM调频电路模块、输出放大模块和人机界面模块构成。3.1主控制器采用凌阳公司的16位单片机SPCE061A作为主控制器。SPCE061A是继μ’nSP™系列产品SPCE500A等之后凌阳科技推出的又一个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μ’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μ’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经济的选择。性能：u16位μ’nSP™微处理器；u工作电压(CPU)VDD为2.4~3.6V(I/O)VDDH为2.4~5.5VuCPU时钟：0.32MHz~49.152MHz；u内置2K字SRAM；u内置32KFLASH；u可编程音频处理；u晶体振荡器;u系统处于备用状态下(时钟处于停止状态)，耗电仅为2μA@3.6V；u2个16位可编程定时器/计数器(可自动预置初始计数值)；u2个10位DAC(数-模转换)输出通道；u32位通用可编程输入/输出端口；u14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；u具备触键唤醒的功能；u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；u锁相环PLL振荡器提供系统时钟信号；u32768Hz实时时钟；u7通道10位电压模-数转换器(ADC)和单通道声音模-数转换器；u声音模-数转换器输入通道内置麦克风放大器和自动增益控制(AGC)功能；u具备串行设备接口；u具有低电压复位(LVR)功能和低电压监测(LVD)功能；u内置在线仿真电路ICE（In-CircuitEmulator）接口；u具有保密能力；u具有WatchDog功能。2．结构概览图3-1SPCE061A的结构图3.芯片的引脚说明SPCE061A有PLCC84和QFP80两种封装。封装形式为PLCC84的共有84个引脚，其中包括空脚15个，其余管脚功能说明如表3-1所示。QFP80封装的在引脚方面只是比PLCC84封装的少了4个空脚。需要更加详细的资料可以查看SPCE061A的datasheet。图3-2SPCE061ALQFP80封装引脚排列图表3-1SPCE061A管脚描述管脚名称管脚编号类型描述IOA[15:8]46~39输入输出IOA[15:8]：双向IO端口IOA[7:0]34~27输入输出IOA[7:0]：通过编程，可设置成唤醒管脚IOA[6:0]：与ADCLine_In输入共用IOB[15:11]IOB10IOB9IOB8IOB7IOB6IOB5IOB4IOB3IOB2IOB1IOB050~545758596061626364656667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输入输出输入输出输入输出IOB[15:11]：双向IO端口。IOB10~0除用作普通的IO端口，还可作为：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DAC213输出DAC2数据输出管脚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ADCLine_In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ADCLine_In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ADC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口的参考地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AVSS15输入模拟电路（A/D、D/A和2V稳压源）参考地RESET68输入低电平有效的复位管脚SLEEP49输出睡眠模式(高电平激活)ICE7输入激活ICE(高电平激活)ICECLK8输入ICE串行接口时钟管脚ICESDA9输入输出ICE串行接口数据管脚TEST3输入测试模式时接高电平，正常模式时接地GND或悬浮ROMT47输入测试闪烁存储器，正常模式时悬浮N/C55输入正常使用时接地N/C4输入正常使用时接地N/C6输入正常使用时接地PFUSE,PVIN20,11输入程序保密设定脚。用户慎重使用。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。

3.2正弦信号发生器采用了直接数字频率合成技术，可采用ADI公司的DDS集成芯片AD9850。AD9850是AD公司生频率合成器，主要由可编程DDS系统、产的最高时钟为125MHz、采用先进的CMOS技术的直接高性能模数变换器（DAC）和高速比较器3部分构成，能实现全数字编程控制的频率合成。图3-3AD9850的原理框图AD9850内含可编程DDS系统和高速比较器，可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，由一个加法器和一个N位相位寄存器组成，N一般为24～32。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0°～360°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，从而使整个DDS系统输出一个正弦波。输出的正弦波频率为：（3-1）为外部参考时钟频率。AD9850有40位控制字，32位用于频率控制（低32位），5位用于相位控制，1位用于电源休眠(Powerdown)控制，2位用于选择工作方式。这40位控制字可通过并行或串行方式输入到AD9850。在并行装入方式中，通过8位总线D0-D7将数据输入到寄存器，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，在重复5次之后再在FQ-UD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)，同时把地址指针复位到第一个输入寄存器。AD9850的复位(RESET)信号为高电平有效，且脉冲宽度不小于5个参考时钟周期。AD9850的参考时钟频率一般远高于单片机的时钟频率（本人所用为单片机89C51，使用12M晶振），因此AD9850的复位(RESET)端可与单片机的复位端直接相连。图3-4AD9850引脚图AD9850系统时钟的最高频率可达180MHz。为了提高系统的电磁兼容能力，AD9850内部集成了一个6倍频器，降低了所需外接时钟频率。若外部介入的参考频率选用20MHz，则经AD9850内部6倍频后，系统时钟频率相当于120MHz。由频率合成公式可计算出，在此时钟下的输出频率分辨率为：Hz=0.0279（3-2）最大输出频率为系统时钟频率120MHz，远超出本题100Hz的步进值，1kHz～10MHzs的要求。AD9851内部有5个8位输入数据寄存器，其中32位用于装载频率控制字FSW。时序通过对32位控制字的赋值可精确控制最终合成的信号频率fo。FSW与fo之间的转换公式为：（3-3）其中方波信号可由AD9850芯片产生的正弦信号经内部高速比较器便可得到，至于三角波信号可由方波信号经积分器积分后即可得到。图3-5AD9850的组成框图本设计中40位控制字通过串行方式送入AD9850。系统工作时，单片机按照用户要求输出不同的命令控制字，控制AD9850产生不同的正弦波（1KHz-10MHz），经放大后输出正弦波。串行输入时AD985040位控制字的产生方法：每一个CLK时钟上升沿，由控制字输入口的第8位（25管脚）移入1位控制位（低位先移入），40个W-CLK移位时钟后，FQ-UD脉冲的上升沿更新输出频率，频率控制字由下式决定(3-4)其中fOUT为AD9850输出的频率，为32b的频率控制字，fCLK为系统时钟频率。3.3AM/FM调制模块调制：用信号m(t)去控制载波s(t)的某一个(或几个)参数，使之按m(t)的规律而变化调制：用信号m(t)去控制载波s(t)的某一个(或几个)参数，使之按m(t)的规律而变化。调制的目的是提高频率以便发射、提高系统的性能、有效利用频带。图3-6调制过程图1.AM调制定义:用信号m(t)去控制载波s(t)的振幅，使已调波的包络按照m(t)的规律线性变化。(3-5)其中A0是载波振幅，是载波角频率，是载波起始相位。AM信号表达式：已调波为(3-6)载波调制信号已调波图3-7AM调制过程图图3-8AM产生的数学模型2.FM调制用调制信号m(t)去控制载波s(t)的频率，频率调制就是载波的振幅保持不变，瞬时频率与调制信号呈线性关系(3-7)式中为未调载波频率；KF为为调频灵敏度。得FM波的时域表示式为(3-8)若调制信号为单一频率的正弦波，即(3-9)则FM波的表示式为(3-10)本设计中，AM信号采用模拟调制。将AD9850产生的载波信号和由文氏电桥产生的1kHz调制信号加到乘法器上。单片机根据外部调制度ma，给出不同的地址值，使4051(1)选通不同的通道，接通不同阻值与R0构成分压电路，从而改变载波的电压幅值，产生AM信号。图3-9调制度ma的实现调制度ma参数计算：若文氏电桥产生的电压幅值为3.5V，AD9850为500mv。则调制度的计算公式如下：ma=（Vs/2）/（V0/2）=Vs/V0=Vs/500mv（3-11）Vs=ma×500mv=R0/(R0+R)×3.5V（3-12）其中：Vs为输入信号幅值，V0为载波的幅值。1kHz调制信号由文氏电桥产生的，其电路图如图3-10所示。图3-101KHz正弦信号发生器电路图电路中，R1,C1组成电桥的一个臂。R3,D1,D2与W1组成电桥的另外两臂，起稳定作用。适当的调节W1，可以得到波形失真小，且工作稳定的输出波形。R3是为了克服二极管死区而设的。由于振荡器的输出阻抗比较高，直接连在负载上会影响它的正常工作。图中A2作为同相放大器接到振荡器的输出端，振荡信号从A2的输出端引出，输出信号幅度由W2调整。FM信号由单片机实现。基于FM原理，根据调频信号变化的规律采用数字方式控制DDS正弦波发生器的频率控制字，直接作用于输出波形的频率值，即实现了对载波的频率的调制，该方式下，DDS调制信号输出波形频率与调制信号频率控制字成正比，而载波信号频率控制字又随调制信号成正比例变化。利用单片机内部2kHZ的时基中断，每两个中断为一个周期（1kHZ），第1个中断输出载频（100kHZ~10MHZ），第2个中断促使AD9850输出载频减去频偏的值，便获得FM信号。其中载波的频率通过键盘进行设置，频率控制字的二进制码事先算好并存储，用来FM信号直接调用。调制信号频率控制字调制信号频率控制字调制信号调制后的频率控制字FM已调调制后的频率控制字FM已调DDS载波信号控制字产生器DDS调制信号载波信号频率控制字载波信号频率控制字图3-11FM调频原理框图3.4基带序列产生模块由单片机产生的脉冲信号送入74LS165时钟输入端，再由它本身带预置功能的移位寄存器循环移位即可获得10Kbps二进制基带序列信号。3.5ASK、PSK信号产生模块ASK、PSK采用数字键控的产生方法，图3-12和图3-13分别是他们实现的原理框图。ASKCOSwtASKCOSwt

S(t）S(t）图3-12ASK信号调制原理框图COSwtCOSwtPSKPSK1800移相1800移相S(t）

S(t）图3-13PSK信号调制原理框图ASK/PSK信号由图3-14所示电路原理图产生。工作时将AD9850产生的正弦波信号引出两路，一路直接输入4051（2），另一路经倒相器后输入4051(2)，根据10kbps的码元选通4051不同的通道以输出ASK信号。输出ASK信号时一路接收AD9850产生的正弦波信号，一路接地，4051根据10kbps的码元选通不同的通道以实现PSK信号。图3-14ASK/PSK信号产生原理图3.6滤波电路设计采用一个二阶巴特沃兹低通滤波电路及一个运算放大器完成，实为AD811组成的增益为2的低通滤波器。图3-15低通滤波器3.7放大电路设计放大部分较为简单，只需要做一个3倍的电压放大即可。根据设计要求，由于输出带负载能力也很重要，故本设计采用了高速单运算放大器AD811完成末级放大。AD811的带宽增益积为140MHz，在双15V供电时，有正负12V的输出摆幅，最大输出电流为100mA，可以满足设计要求。为防止自激，实际中可采用反相3倍电压放大。天津工业大学本科毕业论文 第四章系统软件设计及仿真结果分析4.1系统软件设计4.1.1软件整体流程图系统上电先对系统进行初始化，然后进查键程序的循环，主程序流程（见图4-1）。初始化初始化扫描键盘扫描键盘FSK/ASKAMFM修改输出频率值和FSK/ASKAMFM修改输出频率值和命令控制字开10KHz中断产生码元循环1秒程控选择合适的电阻开2KHz中断数字调制循环1秒开10KHz中断产生码元循环1秒程控选择合适的电阻开2KHz中断数字调制循环1秒输出频率值输出频率值送AD9850控制字送AD9850控制字图4-1软件整体流程图4.1.2AM信号的流程图扫描键盘扫描键盘N是否有AM按键按下N是否有AM按键按下YY单片机给出地址单片机给出地址选择合适电阻选择合适电阻输出AM信号输出AM信号返回返回图4-2FM工作子模块流程图4.1.3FM信号的流程图FM信号的产生如流程（见图4-2）。扫描键盘扫描键盘NN是否有F是否有FM按键按下YY开2KHz中断开2KHz中断判断是否出现过中断判断是否出现过中断NNYY输出修改后的频率输出修改后的频率N判断输出频率是否1秒N判断输出频率是否1秒YY返回返回图4-3FM工作子模块流程图4.1.3ASK/PSK信号的流程图扫描键盘扫描键盘NN是否有按键按下是否有按键按下YY开10KHz中断开10KHz中断判断是否产生中断判断是否产生中断修改输出后的频率修改输出后的频率输出1kbps码元输出1kbps码元控制4051(2)选通控制4051(2)选通返回输出ASK/PSK信号返回输出ASK/PSK信号图4-4FM工作子模块流程图4.2仿真及结果分析4.2.1正弦波信号AD9850内部有40位寄存器，其中32位用于频率控制，5位用于相位控制，1位用于电源休眠，2位厂家保留测试控制。本设计中40位控制字通过串行方式送入AD9850，时序如图4-5所示。系统工作时，单片机按照用户要求输出不同的命令控制字，控制AD9850产生不同的正弦波（1KHZ~10MHZ），经放大后输出正弦波。图4-5AD9850串行输入时控制字时序图串行输入时AD985040位控制字的产生方法：每一个CLK时钟上升沿，由控制字输入口的第8位（25管脚）移入1位控制位（低位先移入），40个W-CLK移位时钟后，FQ-UD脉冲的上升沿更新输出频率。4-6正弦波信号如图4-4所示是用AGILE4NT54622D型数字示波器测试的正弦波形，其失真小，稳定度高。4.2.2AM信号AM信号采用模拟调制。将AD9850产生的载波信号和由文氏电桥产生的1kHZ调制信号加到乘法器MC1496上。单片机根据外部调制度ma，给出不同的地址值，使4051（1）选通不同的通道，接通不同阻值与R0构成分压电路（见图4-5），从而改变载波的电压幅值，产生AM信号，如图4-7所示。图4-7AM信号4.2.3FM信号FM信号由单片机实现。利用单片机内部2kHZ的时基中断，每两个中断为一个周期（1kHZ），第1个中断输出载频（100kHZ~10MHZ），第2个中断促使AD9850输出载频减去频偏的值，便获得FM信号（见图4-7）。其中载波的频率通过键盘进行设置，频率控制字的二进制码事先算好并存储，用来FM信号直接调用。输出的FM信号如图4-8所示。图4-8FM信号4.2.4ASK/PSK信号ASK/PSK信号由图4-8所示电路原理图产生。工作时将AD9850产生的正弦波信号引出两路，一路直接输入4051(2)，另一路经倒相器后输入4051(2)，根据10kbps的码元选通4051(2)不同的通道以输出ASK信号，如图4-9所示。输出ASK信号时，一路接收AD9850产生的正弦波信号，一路接地，4051根据10kbps的码元选通不同的通道以实现PSK信号，如图4-10所示。图4-9ASK信号图4-10PSK信号天津工业大学本科毕业论文 第六章MACROBUTTONAcceptAllChangesInDoc[XXXX...]天津工业大学本科毕业论文 结论结论MACROBUTTONAcceptAllChangesInDoc正弦波调制信号发生器，作为电子技术领域中最基本的电子仪器，广泛应用于航空航天测控、通信系统、电子对抗、电子测量、科研等各个领域中。随着电子信息技术的发展，对其性能的要求也越来越高。本设计在对直接数字频率合成器(DDS)深入的了解之后，从工程实际应用的角度，完成了一种基于DDS的信号发生器的设计。在基于DDS的正弦波调制信号发生器设计中，通过手机目前DDS技术的相关资料，了解国内外DDS信号发生器的相关制作方法，针对设计任务提出了可行方案，本设计以凌阳SPCE061A单片机和AD9850为核心器件，充分利用了AD9850强大的功能，输出频率可以扩展到100Hz~16MHZ，稳定度高，失真度小。主要由单片机产生命令控制字来控制AD9850产生所需的正弦波信号，并巧妙的利用模拟开关4051实现调制度ma的程控和ASK/PSK信号，且10kbps码元和FM信号完全由单片机实现，大大简化硬件电路，节约成本。论文给出了系统的整体模块设计和各个子模块设计，然后给出EDA软件的仿真结果。在这次设计中，细致深入的了解了DDS这个当前电子领域的关键的数字化技术，再次详细的了解了单片机方面的知识，在此基础之上，进行了整个正弦波调制信号发生器的总体系统，完成了各个模块的电路构思。从系统级上完成了各个电路功能模块的划分，并且对子电路模块提出了具体的实现方案。本文设计的正弦波调制信号发生器经过时序仿真，过程中有个别问题未曾得到解决，但设计基本达到了设计所要求的性能指标。本设计完成后，对我本人来说，深刻地认识了理论和实际的差距只能在实践中得到体现。设计过程中，进一步温习、巩固了电子专业的各方面的知识，积累了一定的设计经验，这对我以后从事硬件设计工作将有极大的帮助。天津工业大学本科毕业论文 参考文献参考文献[1]张肃文，陆兆熊.高频电子线路（第三版）.北京：高等教育出版社，2002.[2]谢自美.电子线路设计实验测试.武汉：华中理工大学出版社，2006[3]周立功，夏宇闻.单片机与CPLD综合应用技术.北京航空航天大学出版社：北京，2004[4]张肃文，陆兆熊.高频电子线路.北京：高等教育出版社，2004[5]童诗白，化成英.模拟电子技术基础.北京：高等教育出版社，2000[6]樊昌信，詹道庸.通信原理.北京：国防工业出版社，2005[7]杨永华，王贤恩.基于DDS技术的数控信号源的设计[J]，浙江海洋学院学报(自然科学版)，2006，(02)：216~219[8]陈小荣.基于DDS的正弦信号发生器设计[M].仪器仪表用户，2006，(04)：53~54[9]占细雄，林君，胡安.基于AD9850的8位幅度可编程信号发生器[J].吉林大学学报(信息科学版)，2003，（1）：18~20[10]高卫东，尹学忠，储飞黄.AD9850DDS芯片信号源的研制[J].实验室研究与探索，2000，（5）：92~98[11]石雄，杨加功，彭世蕤.DDS芯片AD9850的工作原理及其与单片机的接口[J].国外电子元器件，2001(5):53256.[12]林春方.高频电子线路[M].北京：电子工业出版社，2003[13]黄蕾.基于单片机的直接数字频率合成(DDS)技术的应用与研究.湖南大学硕士学位论文，2005[14]J.TierneyC.Rader，B.Cold，Adigitalfrequencysynthesizer.IEEETransactiononAudioandElectroacoustics.VOL.AU-19，NO.I.1997[15]AnalogDevices.AD9850Datasheet[EB/OL]天津工业大学本科毕业论文 附录附录附件一：程序#include<absacc.h>#include<reg52.h>#include<intrins.h>sbitEOC=P3^3;sbitA0=P2^0;sbitA1=P2^1;sbitA2=P2^2;sbitALE=P2^3;sbitOE=P2^4;sbitSTART=P2^5;unsignedchardout;voidad0809(void){ALE=1;_nop_();START=1;_nop_();ALE=0;_nop_();START=0;}voidfa_song(void){SBUF=dout; while(TI==0);TI=0;}voidmain(void){SCON=0x50;TMOD=0x20;TCON=0x40;PCON=0x00;TH1=0x0bc;TL1=0x0bc;TR1=1;TI=0;P2=0x03;//选择IN3端口while(1) { ad0809();while(EOC==0);OE=1;_nop_();dout=P0;P1=dout;fa_song();OE=0; }}接收程序：#include<reg51.h>/*3个数码管所需的3个位用来做38译码*/sbitSEL0=P2^0;sbitSEL1=P2^1;sbitSEL2=P2^2;/*4个挡位****************************/sbitKEY1=P2^4;//1K~10KsbitKEY2=P2^5;//10K~100KsbitKEY3=P2^6;//100K~1000KsbitKEY4=P2^7;//1M~10MsbitP32=P3^2;//4个挡位公用一个键sbitP33=P3^3;//加100HZunsignedlongcount1;unsignedlongcount2;unsignedlongcount3;unsignedlongcount4;unsignedlongcount5;unsignedlongsum;/*AD8951定义的变量***********/unsignedcharcon_word[5];unsignedlongK;//K=count*2386;k=fo*23.86，因为fo=count*100所以k=count*2386sbitFQ_UD=P3^6;sbitW_CLK=P3^7;sbitwe=P3^4;/*通信用的端口定义与FM的产生***********/unsignedcharasd;//存储1KHZ调制信号的幅度sbitKEY_FM=P3^5;unsignedcharcodetab[]={0x0c0，0x0f9，0x0a4，0x0b0，0x99，0x92，0x82，0x0f8，0x80，0x90};/*用来控制1~9的加数来对4个挡位执行加法..p32的键，中断0***********************************/voidint0(void)interrupt0using0//缓慢加100{if(KEY1==0)//1k~10K{if(count1==100)count1=0;else{count1=count1+10; }}if(KEY2==0)//10k~100K{if(count2==1000)count2=0;else{count2=count2+100; }}if(KEY3==0)//100k~1000K{if(count3==10000)count3=0;else{count3=count3+1000; }}if(KEY4==0)//1M~10M{if(count4==100000)count4=0;else{count4=count4+10000;//K=count*14316;k=fo*143.16，因为fo=count*100所以k=count*14316 }}}/*步进100HZ用中断*************************************/voidint1(void)interrupt2using2//P3.3{if(count5==100000)count5=0;else{count5=count5+1;//步进100HZ }}/*数码管扫描***************************************/voidshu_ma_guan(void){unsignedchari;sum=(count1+count2+count3+count4+count5)*100;P0=tab[sum%10];//个位第一个数码管以下依次类推SEL0=0;SEL1=0;SEL2=0;for(i=0;i<255;i++);P0=tab[sum%100/10];//十位SEL0=1;SEL1=0;SEL2=0;for(i=0;i<255;i++);P0=tab[sum%1000/100];//百位SEL0=0;SEL1=1;SEL2=0;for(i=0;i<255;i++);P0=tab[sum%10000/1000];//千位SEL0=1;SEL1=1;SEL2=0;for(i=0;i<255;i++);P0=tab[sum%100000/10000];//万位SEL0=0;SEL1=0;SEL2=1;for(i=0;i<255;i++);P0=tab[sum%1000000/100000];//十万位SEL0=1;SEL1=0;SEL2=1;for(i=0;i<255;i++);P0=tab[sum%10000000/1000000];//百万位SEL0=0;SEL1=1;SEL2=1;for(i=0;i<255;i++);P0=tab[sum/10000000];//千万位SEL0=1;SEL1=1;SEL2=1;for(i=0;i<255;i++);}/*计算*****************************************/voidjisuan(void){con_word[0]=0x01;con_word[1]=K/0x1000000;//主高位先发送，然后接着往下发con_word[2]=K%0x1000000/0x10000;con_word[3]=K%0x10000/0x100;con_word[4]=K%0x100;//sum%0x100}/*发送数据*****************************/voidwrite_ad9850(void){unsignedchari;unsignedcharj;unsignedcharm;FQ_UD=0;W_CLK=0;for(m=0;m<1;m++);//yanshifor(i=0;i<5;i++){P1=con_word[i];W_CLK=0;for(j=0;j<1;j++);//yanshiW_CLK=1;for(j=0;j<1;j++);//yanshi}FQ_UD=1;for(m=0;m<1;m++);//yanshiFQ_UD=0;}/*接受第一快单片机发来的数据*************/voidjie_shou(void){while(RI==0); asd=SBUF;//asd是二进制值，电压V= asd/51;RI=0;}/*定时查键***********************************voidtimer0(void)interrupt1using1{TR0=0;shu_ma_guan();TH0=-1000/256;TL0=-1000%256;TR0=1;}*/voidmain(void){SCON=0x50;TMOD=0x20;TCON=0x40;PCON=0x00;TH1=0x0bc;TL1=0x0bc;TR1=1;RI=0;EX0=1;IT0=1;EX1=1;IT1=1;EA=1;P3=0xff;P1=0x00;while(1){sum=(count1+count2+count3+count4+count5)*100;//用于数码管显示shu_ma_guan();while(KEY_FM==0) {shu_ma_guan();jie_shou();K=(count1+count2+count3+count4+count5)*3579+70179*asd;//控制字，频偏10KHZ jisuan();//执行计算 write_ad9850();//发送数据 } while(we==0) { K=(count1+count2+count3+count4+count5)*3579;//控制字 jisuan();//执行计算 write_ad9850();//发送数据} }}附件二：外文文章ModulatingDirectDigitalSynthesizerinaQuickLogicFPGADanMorelli,VPofEngineeringAccelentSystemsInc.Inthepursuitofmorecomplexphasecontinuousmodulationtechniques,thecontroloftheoutputwaveformbecomesincreasinglymoredifficultwithanalogcircuitry.Inthesedesigns,usinganon-lineardigitaldesigneliminatestheneedforcircuitboardadjustmentsoveryieldandtemperature.AdigitaldesignthatmeetsthesegoalsisaDirectDigitalSynthesizerDDS.ADDSsystemsimplytakesaconstantreferenceclockinputanddividesitdownatoaspecifiedoutputfrequencydigitallyquantizedorsampledatthereferenceclockfrequency.ThisformoffrequencycontrolmakesDDSsystemsidealforsystemsthatrequireprecisefrequencysweepssuchasradarchirpsorfastfrequencyhoppers.Withcontrolofthefrequencyoutputderivedfromthedigitalinputword,DDSsystemscanbeusedasaPLLallowingprecisefrequencychangesphasecontinuously.Aswillbeshown,DDSsystemscanalsobedesignedtocontrolthephaseoftheoutputcarrierusingadigitalphasewordinput.Withdigitalcontroloverthecarrierphase,ahighspectraldensityphasemodulatedcarriercaneasilybegenerated.ThisarticleisintendedtogivethereaderabasicunderstandingofaDDSdesign,andanunderstandingofthespuriousoutputresponse.Thisarticlewillalsopresentasampledesignrunningat45MHzinahighspeedfieldprogrammablegatearrayfromQuickLogic.AbasicDDSsystemconsistsofanumericallycontrolledoscillator(NCO)usedtogeneratetheoutputcarrierwave,andadigitaltoanalogconverter(DAC)usedtotakethedigitalsinusoidalwordfromtheNCOandgenerateasampledanalogcarrier.SincetheDACoutputissampledatthereferenceclockfrequency,awaveformsmoothinglowpassfilteristypicallyusedtoeliminatealiascomponents.Figure1isabasicblockdiagramofatypicalDDSsystemdesign.ThegenerationoftheoutputcarrierfromthereferencesampleclockinputisperformedbytheNCO.ThebasiccomponentsoftheNCOareaphaseaccumulatorandasinusoidalROMlookuptable.AnoptionalphasemodulatorcanalsobeincludeintheNCOdesign.ThisphasemodulatorwilladdphaseoffsettotheoutputofthephaseaccumulatorjustbeforetheROMlookuptable.ThiswillenhancetheDDSsystemdesignbyaddingthecapabilitiestophasemodulatethecarrieroutputoftheNCO.Figure2isadetailedblockdiagramofatypicalNCOdesignshowingtheoptionalphasemodulator.FIGURE1:TypicalDDSSystem.FIGURE2:TypicalNCODesign.TobetterunderstandthefunctionsoftheNCOdesign,firstconsiderthebasicNCOdesignwhichincludesonlyaphaseaccumulatorandasinusoidalROMlookuptable.ThefunctionofthesetwoblocksoftheNCOdesignarebestunderstoodwhencomparedtothegraphicalrepresentationofEuler’sformulaejwt=cos(wt)+jsin(wt).ThegraphicalrepresentationofEuler’sformula,asshowninFigure3,isaunitvectorrotatingaroundthecenteraxisoftherealandimaginaryplaneatavelocityofwrad/s.Plottingtheimaginarycomponentversustimeprojectsasinewavewhileplottingtherealcomponentversustimeprojectsacosinewave.ThephaseaccumulatoroftheNCOisanalogous,orcouldbeconsidered,thegeneratoroftheangularvelocitycomponentwrad/s.Thephaseaccumulatorisloaded,synchronoustothereferencesampleclock,withanNbitfrequencyword.ThisfrequencywordiscontinuouslyaccumulatedwiththelastsampledphasevaluebyanNbitadder.TheoutputoftheadderissampledatthereferencesampleclockbyanNbitregister.WhentheaccumulatorreachestheNbitmaximumvalue,theaccumulatorrollsoverandcontinues.PlottingthesampledaccumulatorvaluesversustimeproducesasawtoothwaveformasshownbelowinFigure3.WhereTrollisthephaseaccumulatorrolloverperiodFoutistheDDSsystemoutputcarrierfrequencyFclkisthereferencesampleclockfrequencyFW(N-1:0)isthefrequencywordinputvalueandthefrequencygranularityisFW(N-1:0)/2NThesampledoutputofthephaseaccumulatoristhenusedtoaddressaROMlookuptableofsinusoidalmagnitudevalues.Thisconversionofthesampledphasetoasinusoidalmagnitudeisanalogoustotheprojectionoftherealorimaginarycomponentintime.Sincethenumberofbitsusedbythephaseaccumulatordeterminesthegranularityofthefrequencyadjustmentsteps,atypicalphaseaccumulatorsizeis24to32bits.SincethesizeofthesinusoidalROMtableisdirectlyproportionaltotheaddressingrange,notall24or32bitsofthephaseaccumulatorareusedtoaddresstheROMsinusoidaltable.OnlytheupperYbitsofthephaseaccumulatorareusedtoaddressthesinusoidalROMtable,whereY<NbitsandYistypicallybutnotnecessarilyequaltoD,andDisthenumberofoutputmagnitudebitsfromthesinusoidalROMtable.FIGURE3Euler’sEquationRepresentedGraphicallySinceanNCOoutputsacarrierbasedonadigitalrepresentationofthephaseandmagnitudeofthesinusoidalwaveform,designershavecompletecontroloverfrequency,phase,andevenamplitudeoftheoutputcarrier.ByaddingaphaseportandaphaseaddertothebasicNCOdesign,theoutputcarrieroftheNCOcanbeMarrayphasemodulatedwhereMequalsthenumberofphaseportbitsandwhereMislessthanorequaltotheYnumberofbitsusedtoaddressthesinusoidalROMtable.ForsystemdesignsthatrequireamplitudemodulationsuchasQAM,amagnitudeportcanbeaddedtoadjustthesinusoidalROMtableoutput.NotethatthisportisnotshowninFigure2andthatthisfeatureisnotdemonstratedinthesampleQuickLogicFPGAdesign.Finally,frequencymodulationisagivenwiththebasicNCOdesign.Thefrequencyportcandirectlyadjustthecarrieroutputfrequency.SincefrequencywordsareloadedintotheDDSsynchronoustothesampleclock,frequencychangesarephasecontinuous.AlthoughDDSsystemsgivethedesignercompletecontrolofcomplexsynthesis,therepresentationofsinusoidalphaseandmagnitudeinanon-lineardigitalformatintroducesnewdesigncomplexities.Insamplinganycontinuous-timesignal,onemustconsiderthesamplingtheoryandquantizationerror.Tounderstandtheeffectso