正弦信號發(fā)生器L

1、STM32課程設(shè)計幅度可調(diào)的標(biāo)準(zhǔn)1KHZ正弦信號發(fā)生器學(xué)院： 專業(yè)：姓名：學(xué)號： 正弦信號發(fā)生器一， 任務(wù)設(shè)計制作一個正弦波信號發(fā)生器二， 要求1， 基本要求（1） 正弦波輸出頻率范圍：1KHz10MHz（2） 舊有頻率設(shè)置功能，頻率步進(jìn)：100Hz（3） 輸出信號頻率穩(wěn)定度：優(yōu)于（4） 輸出電壓幅度：在50歐姆負(fù)載電阻上的電壓峰峰值（5） 失真度：用示波器觀察時無明顯失真2， 發(fā)揮部分再完成基本要求任務(wù)的基礎(chǔ)上，增加以下功能（1） 增加輸出電壓的幅度：在頻率范圍50歐姆負(fù)載電阻上正弦信號輸出電壓的峰峰值（2） 產(chǎn)生模擬幅度調(diào)制（AM）信號，在1MHz10MHz范圍內(nèi)調(diào)制度可在10%100%之

2、間程控調(diào)節(jié)，步進(jìn)10%，正弦調(diào)信號頻率為1KMz，調(diào)制信號自行產(chǎn)生。（3） 產(chǎn)生模擬頻率調(diào)制（FM）信號：在100KMz10MHz頻率范圍內(nèi)產(chǎn)生10KHz最大頻偏，且頻偏可分為5KHz/10KHz二級程控調(diào)節(jié)，正弦調(diào)制信號自行產(chǎn)生。（4） 產(chǎn)生PSK，ASK信號；在100KHz固定頻率載波進(jìn)行二進(jìn)制鍵控，二進(jìn)制基帶序列碼速率固定為100kps，二進(jìn)制基帶序列自行產(chǎn)生。（5） 其他。一， 方案論證與比較1 常見的正弦波制作方法方案一：采用模擬分立元件或者單片壓控函數(shù)發(fā)生器MAX038，可產(chǎn)生正弦波，方波，三角波，通過調(diào)整外部參數(shù)可改變輸出頻率，但采用模擬器件由于元件分散性太大，即使使用單片函數(shù)發(fā)

3、生器，參數(shù)也與外部分布參數(shù)相關(guān)，頻率穩(wěn)定度差，精度低，抗干擾能力低。方案二：采用鎖相式頻率合成方案。優(yōu)點(diǎn)在于頻率穩(wěn)定，頻率范圍比較大，。但是頻率受VCO可變頻率范圍的影響，高低頻率比不可以做的很高。方案三：采用DDS，即使用DDS芯片，這是目前比較常用的方案。3， 方案論證：在頻率合成（FS, Frequency Synthesis）領(lǐng)域中，常用的頻率合成技術(shù)有模擬鎖相環(huán)、數(shù)字鎖相環(huán)、小數(shù)分頻鎖相環(huán)（fractional-N PLL Synthesis）等，直接數(shù)字合成(Direct Digital SynthesisDDS)是近年來新的FS技術(shù)。單片集成的DDS產(chǎn)品是一種可代替鎖相環(huán)的快速頻

4、率合成器件。DDS是產(chǎn)生高精度、快速變換頻率、輸出波形失真小的優(yōu)先選用技術(shù)。DDS以穩(wěn)定度高的參考時鐘為參考源，通過精密的相位累加器和數(shù)字信號處理，通過高速D/A變換器產(chǎn)生所需的數(shù)字波形（通常是正弦波形），這個數(shù)字波經(jīng)過一個模擬濾波器后，得到最終的模擬信號波形。如圖2所示，通過高速DAC產(chǎn)生數(shù)字正弦數(shù)字波形，通過帶通濾波器后得到一個對應(yīng)的模擬正弦波信號，最后該模擬正弦波與一門限進(jìn)行比較得到方波時鐘信號。DDS系統(tǒng)一個顯著的特點(diǎn)就是在數(shù)字處理器的控制下能夠精確而快速地處理頻率和相位。除此之外，DDS的固有特性還包括：相當(dāng)好的頻率和相位分辨率（頻率的可控范圍達(dá)Hz級，相位控制小于0.09°

5、;）,能夠進(jìn)行快速的信號變換（輸出DAC的轉(zhuǎn)換速率300百萬次/秒）。這些特性使DDS在軍事雷達(dá)和通信系統(tǒng)中應(yīng)用日益廣泛。其實(shí)，以前DDS價格昂貴、功耗大（以前的功耗達(dá)Watt級）、DAC器件轉(zhuǎn)換速率不高，應(yīng)用受到限制，因此只用于高端設(shè)備和軍事上。隨著數(shù)字技術(shù)和半導(dǎo)體工業(yè)的發(fā)展，DDS芯片能集成包括高速DAC器件在內(nèi)的部件，其功耗降低到mW級（AD9851在3.3v時功耗為480mW），功能增加了，價格便宜。因此，DDS也獲得廣泛的應(yīng)用：現(xiàn)代電子器件、通信技術(shù)、醫(yī)學(xué)成像、無線、PCS/PCN系統(tǒng)、雷達(dá)、衛(wèi)星通信。基準(zhǔn)時鐘相位累加器相位/幅度變換D/A變換低通濾波比較器 M fo圖2基本原理及性

6、能特點(diǎn) 的基本原理是利用采樣定理，通過查表法產(chǎn)生波形。的結(jié)構(gòu)有很多種，其基本的電路原理可用圖3來表示。 相位累加器波形存儲器D/A轉(zhuǎn)換器低通濾波器 K fSfo圖3相位累加器由位加法器與位累加寄存器級聯(lián)構(gòu)成。每來一個時鐘脈沖，加法器將頻率控制字與累加寄存器輸出的累加相位數(shù)據(jù)相加，把相加后的結(jié)果送至累加寄存器的數(shù)據(jù)輸入端。累加寄存器將加法器在上一個時鐘脈沖作用后所產(chǎn)生的新相位數(shù)據(jù)反饋到加法器的輸入端，以使加法器在下一個時鐘脈沖的作用下繼續(xù)與頻率控制字相加。這樣，相位累加器在時鐘作用下，不斷對頻率控制字進(jìn)行線性相位累加。由此可以看出，相位累加器在每一個時鐘脈沖輸入時，把頻率控制字累加一次，相位累加

7、器輸出的數(shù)據(jù)就是合成信號的相位，相位累加器的溢出頻率就是輸出的信號頻率。 用相位累加器輸出的數(shù)據(jù)作為波形存儲器（）的相位取樣地址，這樣就可把存儲在波形存儲器內(nèi)的波形抽樣值（二進(jìn)制編碼）經(jīng)查找表查出，完成相位到幅值轉(zhuǎn)換。波形存儲器的輸出送到轉(zhuǎn)換器，轉(zhuǎn)換器將數(shù)字量形式的波形幅值轉(zhuǎn)換成所要求合成頻率的模擬量形式信號。低通濾波器用于濾除不需要的取樣分量，以便輸出頻譜純凈的正弦波信號。 在相對帶寬、頻率轉(zhuǎn)換時間、高分辨力、相位連續(xù)性、正交輸出以及集成化等一系列性能指標(biāo)方面遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了傳統(tǒng)頻率合成技術(shù)所能達(dá)到的水平，為系統(tǒng)提供了優(yōu)于模擬信號源的性能。（）輸出頻率相對帶寬較寬輸出頻率帶寬為s（理論值）。但考慮

8、到低通濾波器的特性和設(shè)計難度以及對輸出信號雜散的抑制，實(shí)際的輸出頻率帶寬仍能達(dá)到s。 （）頻率轉(zhuǎn)換時間短 是一個開環(huán)系統(tǒng)，無任何反饋環(huán)節(jié)，這種結(jié)構(gòu)使得的頻率轉(zhuǎn)換時間極短。事實(shí)上，在的頻率控制字改變之后，需經(jīng)過一個時鐘周期之后按照新的相位增量累加，才能實(shí)現(xiàn)頻率的轉(zhuǎn)換。因此，頻率轉(zhuǎn)換的時間等于頻率控制字的傳輸時間，也就是一個時鐘周期的時間。時鐘頻率越高，轉(zhuǎn)換時間越短。的頻率轉(zhuǎn)換時間可達(dá)納秒數(shù)量級，比使用其它的頻率合成方法都要短數(shù)個數(shù)量級。 （）頻率分辨率極高若時鐘s的頻率不變，的頻率分辨率就由相位累加器的位數(shù)決定。只要增加相位累加器的位數(shù)即可獲得任意小的頻率分辨率。目前，大多數(shù)的分辨率在數(shù)量級，許

9、多小于甚至更小。 （）相位變化連續(xù) 改變輸出頻率，實(shí)際上改變的每一個時鐘周期的相位增量，相位函數(shù)的曲線是連續(xù)的，只是在改變頻率的瞬間其頻率發(fā)生了突變，因而保持了信號相位的連續(xù)性。 （）輸出波形的靈活性只要在內(nèi)部加上相應(yīng)控制如調(diào)頻控制、調(diào)相控制和調(diào)幅控制，即可以方便靈活地實(shí)現(xiàn)調(diào)頻、調(diào)相和調(diào)幅功能，產(chǎn)生、和等信號。另外，只要在的波形存儲器存放不同波形數(shù)據(jù)，就可以實(shí)現(xiàn)各種波形輸出，如三角波、鋸齒波和矩形波甚至是任意的波形。當(dāng)?shù)牟ㄐ未鎯ζ鞣謩e存放正弦和余弦函數(shù)表時，既可得到正交的兩路輸出。 （）其他優(yōu)點(diǎn) 由于中幾乎所有部件都屬于數(shù)字電路，易于集成，功耗低、體積小、重量輕、可靠性高，且易于程控，使用相當(dāng)

10、靈活，因此性價比極高。 二， 系統(tǒng)設(shè)計：1， 總體設(shè)計（1） 系統(tǒng)框圖 數(shù)據(jù)存儲器MCU鍵盤輸 入LCD顯示模塊波形產(chǎn)生DDS芯片超高頻率放大電路 （2） 模塊說明a） 波形發(fā)生電路由DDS芯片提供，單片機(jī)負(fù)責(zé)控制頻率的調(diào)節(jié)和狀態(tài)的改變。b） 鍵盤電路采用4*4鍵盤輸入，單片機(jī)采用掃描方式。c） LCD顯示電路：采用12864。d） 數(shù)據(jù)存儲器用于保護(hù)斷點(diǎn)和特殊頻率點(diǎn)。e） 超高頻率放大電路：采用LMH6624 作為放大電路，用于輸出的放大和提高帶負(fù)載能力。2， 軟件設(shè)計部分源程序：void main(void)/主函數(shù)Freq freq;unsigned char key_num,step,

11、output6=0,0,1,0,0,0;/*變量初始化freq.f=357913;/初始頻率step=0;/選擇步進(jìn)(默認(rèn)為100Hz)/setup_flag=0;/表示還沒進(jìn)入設(shè)置狀態(tài)/*AD9850_RESET=1;menu();change(output);AD9850_RESET=0;/*ad9850(0x09,freq);/公式：*4/2（32）步進(jìn)100：35791k：35791 10k：357913 /100k：3579139 1M：35791394 10M：357913941while(1)/主循環(huán)key_num=scan_key();if(key_num=INCREASE)/

12、增量調(diào)節(jié)freq.f=add(step,freq,output);else if(key_num=DECREASE)/減量調(diào)節(jié)freq.f=reduce(step,freq,output);else if(key_num=STEP)/調(diào)節(jié)補(bǔ)進(jìn)大小step=change_step(step);else if(key_num=INPUT)/直接輸入頻率input(key_num,output,freq);else if(key_num=SHOW)/進(jìn)入其他功能設(shè)置show(output,freq);menu();change(output);freq.f=output0*3579+output1*

13、35791+output2*357913+output3*3579139+output4*35791394+output5*357913941;ad9850(0x09,freq);step=change_step(step-1);void show(unsigned char output,Freq freq)/設(shè)置功能函數(shù)/Freq freq;unsigned char i,control,choose,exit,address;unsigned char psk6="101010"unsigned char ask7="000111"unsigned

14、 char f_psk05=0x01,0x00,0x35,0x26,0x00;unsigned char f_psk15=0x81,0x00,0x35,0x26,0x00;unsigned char f_ask05=0x01,0x00,0x00,0x00,0x00;unsigned char f_ask15=0x01,0x00,0x35,0x26,0x00;dis_onelist(0,0,"選擇進(jìn)入演示: ");dis_onelist(0,1,"1.演示PSK。 ");dis_onelist(0,2,"2.演示ASK. ");dis_

15、onelist(0,3," ");write_data(0x1F);dis_onelist(5,3," ");exit=0;control=1;while(control)choose=scan_key();if(choose=1)/演示PSKdis_onelist(0,0,"基帶序列: ");dis_onelist(5,0,psk);dis_onelist(0,1,"載波頻率:100KHz.");dis_onelist(0,2,"基帶碼速:10kbps.");dis_onelist(0,3,&

16、quot;退出:SHOW ");i=0;while(scan_key()!=SHOW)if(pski='0')ad9850_psk(f_psk0);delay(5);else ad9850_psk(f_psk1);delay(5);i=(i+1)%6;exit=1;else if(choose=2)/演示ASKdis_onelist(0,0,"基帶序列: ");dis_onelist(5,0,psk);dis_onelist(0,1,"載波頻率:100KHz.");dis_onelist(0,2,"基帶碼速:10kbp

17、s.");dis_onelist(0,3,"退出:SHOW ");i=0;while(scan_key()!=SHOW)if(pski='0')ad9850_psk(f_ask0);delay(5);else ad9850_psk(f_ask1);delay(5);i=(i+1)%6;exit=1;else if(choose=THREE)/保存當(dāng)前頻率for(address=0;address<6;address+)iicsendbyte(address,outputaddress);else if(choose=FOUR)/導(dǎo)出已保存的頻

18、率for(address=0;address<6;address+)outputaddress=iicreceivebyte(address);freq.f=output0*3579+output1*35791+output2*357913+output3*3579139+output4*35791394+output5*357913941;ad9850(0x09,freq);else if(choose=FIVE)/退出子函數(shù)control=0;exit=0;else if(choose=INCREASE)/更換界面dis_onelist(0,0,"選擇進(jìn)入演示: "

19、;);dis_onelist(0,1,"1.演示PSK。 ");dis_onelist(0,2,"2.演示ASK. ");dis_onelist(0,3," ");write_data(0x1F);dis_onelist(5,3," ");exit=0;else if(choose=DECREASE)/更換界面dis_onelist(0,0," ");write_data(0x1E);dis_onelist(5,0," ");dis_onelist(0,1,"3.保存當(dāng)前頻率 ");dis_onelist(0,2,"4.導(dǎo)出已存頻率 ");dis_onelist(0,3,"5.退出 ");exit=0;if(exit=1)dis_onelist(0,0,"選擇進(jìn)入演示: ");dis_onelist(0,1,"1.演示PSK。 ");dis_onelist(0,2,"2.演示ASK. ");dis_one