基于单片机与DDS的多功能正弦信号发生器设计Word文件下载.docx

基于单片机与DDS的多功能正弦信号发生器设计Word文件下载.docx

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　　信号源是实验室中不可缺少的仪器，而市场上销售的信号源大多价格不菲，且不便于自动调节，本设计针对实际需要，以较低的成本制作信号发生器，可用作核磁共振感应法磁场测量仪的激励信号源，一般的正弦信号源，又可用于调制信号的教学演示。

2、系统结构

　　信号发生器系统结构如图1所示。

3、硬件设计

3.1正弦信号产生电路

　　本部分是系统的核心和基础，采用PHILIPS公司的单片机OM4368BN和AD公司的DDS芯片AD9850[1]实现。

OM4368BN内含32Kflash程序存储器，便于存储大量的字库数据和频率偏移样点信息。

AD9850的典型时钟频率为125MHz，相位累加器为32位，使用100MHz有源晶体振荡器，最小频率分辨率为

　　单片机根据频率控制字和输出频率fOUT、参考时钟CLKIN的关系

　　计算出32位频率控制字，分四次以字节为单位送AD9850。

具体方案为，使用C语言编程，定义共用体，32位频率控制字存入num.dat，再依次通过num.sub送DDS，即可输出所需的正弦信号。

主要程序如下:

union{unsignedlongdat;

unsignedcharsub[4];

}num;

...

P0=num.sub[0];

P0=num.sub[1];

P0=num.sub[2];

P0=num.sub[3];

　　DDS的工作原理是数字取样及数模恢复，其输出的模拟信号中存在杂散噪声，需经低通滤波器滤波，才能输出频谱纯净的正弦波信号。

3.2幅度调节

　　DDS输出信号的峰-峰值为1V-2V，采用单位增益带宽为270MHz的高速运算放大器THS4001对其放大，可以满足一般应用要求。

后接一级高速电压跟随器，保证输出功率，电路如图2所示。

　　第一级电路的放大倍数可调，最大为

　　有时要求信号频率高，且幅度更大，上图中的放大器难以满足，本设计提出模拟乘法器解决方案。

将直流电压源信号用可变电阻分压，经电压跟随器隔离后，与宽带放大器输出信号相乘，相当于正弦信号乘以一个常量，常量的大小通过调节可变电阻控制，可将正弦信号进一步放大。

3.3调制信号产生电路

图3调制信号产生电路

　　其中R23为可变电阻，用于调节增益，稳压二极管Dz起限幅作用。

调制信号的幅度，可通过调节电位器R14改变。

后接一级电压跟随器，保证带负载后正弦调制信号幅度稳定。

3.4模拟幅度调制（AM）

　　采用工作频率为250MHz，低噪声的模拟乘法器AD835实现模拟幅度调制。

利用单片机控制D/A转换器DAC0832对调制信号程控衰减，达到调制度从10％到100％的步进调节。

3.5模拟频率调制（FM）

　　采用高速A/D转换器ADS774对正弦调制信号采样。

设两个频率偏移量，在FM状态下由“AM调制度‘-’/FM切换频偏”按键切换，根据采样值和频偏值，由单片机控制DDS芯片产生相应频率的正弦信号。

3.6幅度键控（ASK）、频移键控（FSK）和相移键控（PSK）

　　采用ALTERA公司的CPLD器件EPM7064，在MAX+plusⅡ开发环境中，设计一个10Kbps的m序列，作为调制信号送入单片机，再由单片机控制DDS产生ASK、FSK、PSK信号。

图4m序列发生器原理图

　　由于CPLD以8MHz有源晶体振荡器作为时钟源，还需设计一个800分频的分频器，产生10KHz内部时钟信号。

　　对于ASK，当调制信号为“1”时，输出信号频率100KHz，调制信号为“0”时，输出信号为0。

对于FSK，当调制信号为“0”时，对应载波频率为80KHz，调制信号为“1”时，对应载波频率为120KHz。

对于PSK，载波频率为100KHz，相位随调制信号改变。

以上各个载波频率为系统默认值，均可通过单片机控制AD9850改变。

3.7键盘

　　采用键盘与显示控制芯片HD7279，可实现8×

8键盘与显示控制功能，与单片机串行接口，占用I/O口资源较少。

设置20个按键，分别为0-9数字键，确定，退格，AM调制度“+”，AM调制度“-”/FM切换频偏，正弦/FM，ASK，FSK，PSK，频率步进“+”和频率步进“-”，控制实现相应功能。

对于频率步进按键，长按可使输出频率连续快速加、减。

3.8显示界面

　　用于显示信号发生器当前工作状态以及信号频率。

采用内含T6963C控制器的图形液晶显示模块HS12864-10，使人机交互界面友好、美观，使用汉字点阵字模提取软件提取显示字库，送到相应位置显示即可。

4软件设计

　　本系统初始化流程如图5所示，初始化后，输出频率为1MHz的正弦信号，再根据按键要求，调用相应函数，输出所需信号。

输出信号的种类和控制按键较多，部分按键还有多个功能，在流程图中分段画出，如图6（a）～（e）所示。

5、结论

　　本设计以较低的成本制作了频率范围为1Hz-30MHz的正弦信号发生器，输出波形稳定，精度高，输出频率可通过按键设置，也可步进调整，输出的正弦信号幅度调整范围宽。

用于核磁共振磁场测量仪既可激发共振信号，又能有效避免信号饱和；

用作正弦信号源，在50Ω负载电阻上峰-峰值可达7V。

系统亦可通过按键控制，输出多种调制信号波形，操作方便，满足设计要求，具有实用价值。

参考文献

　　[1]AnalogDevices.CMOS125MHzCompleteDDSSynthesizerAD9850[EB/OL].REV.H,2004.

　　[2]童诗白，华成英．模拟电子技术基础（第三版）[M]．北京：

高等教育出版社，2001．391-95．

　　[3]曹志刚，钱亚生．现代通信原理[M]．北京：

清华大学出版社，1992．238．