基于AD9850的信號(hào)發(fā)生器畢業(yè)論文

1、課題名稱 基于ad9850的信號(hào)發(fā)生器 摘要基于ad9850的正弦信號(hào)發(fā)生器主要包括 dds頻率合成器(ad9850)和 spce061a。正弦信號(hào)發(fā)生器利用最新的頻率合成技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了1khz10mhz的正弦波輸出，可以輸出調(diào)制度可調(diào)的am信號(hào)，fm信號(hào)， psk，ask信號(hào)。采用了超寬帶、超低噪聲的高速運(yùn)放，提高了輸出電壓的幅度。整個(gè)系統(tǒng)以spce061a為控制中心，有很高的精確度和穩(wěn)定度。在軟件設(shè)計(jì)中，通過spce061a對(duì)頻率控制字的設(shè)置，可以實(shí)現(xiàn)相應(yīng)頻率的信號(hào)。輸出信號(hào)頻率穩(wěn)定，無明顯失真。關(guān)鍵字：dds 數(shù)字頻率合成 spce061a 信號(hào)發(fā)生器 abstractthe sine s

2、ingle generator mainly consists of dds frequency synthesizer(ad9850)，spce061a and man-machine-interface module(including keybroad and led). this sine single generator, based on the dds new technique, can generate a sine wave with a frequency ranging from 1khz to 10mhz. the system can also output an

3、am signal with fm signal ，psk or ask signals. applying the low noise, high speed ,wide pass band op amp, the output voltage amplitude is increased. in the whole system, spce061a is controller center, which provides a high precision and stabilization. in software design, by seting frequency control c

4、odes with spce061a, relevant frequency single can be produced. the output single frequency is stable and has little distortion. keyword: dds spce061a single generator 目 錄 摘要iii目 錄v第一章 緒論11.1課題背景11.2信號(hào)發(fā)生器的發(fā)展11.3信號(hào)發(fā)生器的分類21.4 基本性能2第二章 主要器件簡(jiǎn)介32.1 dds技術(shù)32.1.1 概述32.1.2 dds技術(shù)的發(fā)展現(xiàn)狀32.1.3 具體運(yùn)行32.1.4 ad9850簡(jiǎn)介

5、42.1.5 ad9850各引腳功能52.2 spce061a簡(jiǎn)介6第三章：方案論證83.1 主控制器的選擇83.2 正弦信號(hào)的產(chǎn)生83.3 輸出電壓放大93.4 fm調(diào)頻電路93.5 am調(diào)幅電路103.6 二進(jìn)制psk和ask信號(hào)的產(chǎn)生103.7硬件與軟件接口方案103.8 軟件控制功能方案11第四章 硬件電路設(shè)計(jì)134.1正弦信號(hào)產(chǎn)生134.2 帶負(fù)載輸出144.3 正弦調(diào)制信號(hào)的產(chǎn)生144.4 am調(diào)幅信號(hào)的產(chǎn)生144.5 ask、psk的產(chǎn)生15第五章 軟件設(shè)置165.1軟件功能的實(shí)現(xiàn)165.2軟件流圖175.2.1 主程序175.2.2 fm信號(hào)的實(shí)現(xiàn)185.2.3 鍵盤掃描流程圖

6、185.3 信號(hào)頻率控制字196.1測(cè)試儀器與方法216.1.1 測(cè)試儀器216.1.2 測(cè)試方法：216.1.3 指標(biāo)測(cè)試216.2 波形顯示236.3 結(jié)論23參考文獻(xiàn)24謝辭25附錄a26附錄b27附錄c28第一章 緒論1.1課題背景在信號(hào)發(fā)生器中,常常需要輸出頻率可預(yù)置、步長(zhǎng)可變、步進(jìn)可調(diào)的信號(hào)。所以常常需要用到頻率合成技術(shù)。常用的頻率合成技術(shù)（fs，frequency systhesis）有模擬鎖相環(huán)、數(shù)字鎖相環(huán)，小數(shù)分頻鎖相環(huán)等，而直接數(shù)字頻率合成技術(shù)（dds）是隨著數(shù)字集成電路和微電子技術(shù)的發(fā)展而出現(xiàn)的新的合成技術(shù)。它從相位的概念出發(fā)進(jìn)行頻率合成，采用了數(shù)字采樣存儲(chǔ)技術(shù)，具有相位

7、精確、頻率分辨力高、轉(zhuǎn)換時(shí)間短等優(yōu)點(diǎn)，是近年來新的fs技術(shù)，dds專用芯片在從測(cè)量設(shè)備到無線和衛(wèi)星通信等領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用，它使用一個(gè)內(nèi)置高性能數(shù)模轉(zhuǎn)換器(dac)以將參考頻率轉(zhuǎn)換成受極精細(xì)頻率控制的采樣正弦波。在參考時(shí)鐘的控制下，相位累加器對(duì)頻率控制字進(jìn)行線性累加，得到的相位碼對(duì)波形存儲(chǔ)器尋址，使之輸出相應(yīng)的幅度碼，經(jīng)過數(shù)模轉(zhuǎn)換器得到相對(duì)應(yīng)的階梯波，最后經(jīng)低通濾波器得到連續(xù)變化的所需頻率的波形。其采用全數(shù)字式實(shí)現(xiàn)頻率合成。直接對(duì)參考時(shí)鐘進(jìn)行抽樣和數(shù)字化，然后通過數(shù)字計(jì)算技術(shù)進(jìn)行頻率合成。因此它具有轉(zhuǎn)換速度快，頻率分辨率高，輸出相位持續(xù)，可編程、體積小易于集成、功耗低等優(yōu)點(diǎn)，是其他頻率合成技

8、術(shù)無法比擬的。 目前傳統(tǒng)的方法往往采取壓控振蕩器或分立模塊組成的“直接數(shù)字頻率合成器”(簡(jiǎn)稱dds) 等方式產(chǎn)生,這些方式存在的缺點(diǎn)是頻率準(zhǔn)確度不高、頻率范圍較窄、調(diào)整不方便、電路復(fù)雜，可靠性也差。而今由于大規(guī)模集成電路技術(shù)的發(fā)展，已有多種dds芯片可供選擇。為此,本文介紹了用美國(guó)analog devices公司的ad9850芯片，設(shè)計(jì)實(shí)用信號(hào)源的方法本次設(shè)計(jì)一個(gè)正弦信號(hào)發(fā)生器，使用凌陽(yáng)公司的spce061a單片機(jī)作為cpu，同時(shí)又結(jié)合dds芯片ad9850技術(shù)，產(chǎn)生1k10mkhz頻率可調(diào)的正弦信號(hào),正弦信號(hào)頻率設(shè)定值可斷電保存；采用寬頻放大技術(shù)，產(chǎn)生載波頻率可設(shè)定的fm和am信號(hào)；調(diào)制信號(hào)

9、為1khz的正弦波，調(diào)制信號(hào)的產(chǎn)生采用dds技術(shù)，利用二進(jìn)制基帶序列碼，在固定載波頻率下進(jìn)行數(shù)字鍵控，產(chǎn)生ask，psk信號(hào)。系統(tǒng)操作簡(jiǎn)單，快捷，且系統(tǒng)的精度和穩(wěn)定性高。能產(chǎn)生任意波形并達(dá)到很高的頻率。但成本較高。1.2信號(hào)發(fā)生器的發(fā)展信號(hào)發(fā)生器是一種最悠久的測(cè)量?jī)x器，早在20年代電子設(shè)備剛出現(xiàn)時(shí)它就產(chǎn)生了。隨著通信和雷達(dá)技術(shù)的發(fā)展，40年代出現(xiàn)了主要用于測(cè)試各種接收機(jī)的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)發(fā)生器，使信號(hào)發(fā)生器從定性分析的測(cè)試儀器發(fā)展成定量分析的測(cè)量?jī)x器。同時(shí)還出現(xiàn)了可用來測(cè)量脈沖電路或用作脈沖調(diào)制器的脈沖信號(hào)發(fā)生器。由于早期的信號(hào)發(fā)生器機(jī)械結(jié)構(gòu)比較復(fù)雜，功率比較大，電路比較簡(jiǎn)單，因此發(fā)展速度比較慢。直到

10、1964年才出現(xiàn)第一臺(tái)全晶體管的信號(hào)發(fā)生器。自60年代以來信號(hào)發(fā)生器有了迅速的發(fā)展，出現(xiàn)了函數(shù)發(fā)生器，這個(gè)時(shí)期的信號(hào)發(fā)生器多采用模擬電子技術(shù)，由分立元件或模擬集成電路構(gòu)成，其電路結(jié)構(gòu)復(fù)雜，且僅能產(chǎn)生正弦波、方波、鋸齒波和三角波等幾種簡(jiǎn)單波形，由于模擬電路的漂移較大，使其輸出的波形的幅度穩(wěn)定性差，而且模擬器件構(gòu)成的電路存在著尺寸大、價(jià)格貴、功耗大等缺點(diǎn)，并且要產(chǎn)生較為復(fù)雜的信號(hào)波形則電路結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜。自從70年代微處理器出現(xiàn)以后，利用微處理器、模數(shù)轉(zhuǎn)換器和數(shù)模轉(zhuǎn)換器，硬件和軟件使信號(hào)發(fā)生器的功能擴(kuò)大，產(chǎn)生比較復(fù)雜的波形。這時(shí)期的信號(hào)發(fā)生器多以軟件為主，實(shí)質(zhì)是采用微處理器對(duì)dac的程序控制，就可以

11、得到各種簡(jiǎn)單的波形。軟件控制波形的一個(gè)最大缺點(diǎn)就是輸出波形的頻率低，這主要是由cpu的工作速度決定的，如果想提高頻率可以改進(jìn)軟件程序減少其執(zhí)行周期時(shí)間或提高cpu的時(shí)鐘周期，但這些辦法是有限度的，根本的辦法還是要改進(jìn)硬件電路。隨著現(xiàn)代電子、計(jì)算機(jī)和信號(hào)處理等技術(shù)的發(fā)展，極大促進(jìn)了數(shù)字化技術(shù)在電子測(cè)量?jī)x器中的應(yīng)用，使原有的模擬信號(hào)處理逐步被數(shù)字信號(hào)處理所代替，從而擴(kuò)充了儀器信號(hào)的處理能力，提高了信號(hào)測(cè)量的準(zhǔn)確度、精度和變換速度，克服了模擬信號(hào)處理的諸多缺點(diǎn)，數(shù)字信號(hào)發(fā)生器隨之發(fā)展起來。1.3信號(hào)發(fā)生器的分類研究或調(diào)整電子電路及設(shè)備時(shí)，為測(cè)定電路的一些電參量，如測(cè)量頻率響應(yīng)、噪聲系數(shù)，為電壓表定度

12、等，都要求提供符合所定技術(shù)條件的電信號(hào)，以模擬在實(shí)際工作中使用的待測(cè)設(shè)備的激勵(lì)信號(hào)。當(dāng)要求進(jìn)行系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)特性測(cè)量時(shí)，需使用振幅、頻率已知的正弦信號(hào)源。當(dāng)測(cè)試系統(tǒng)的瞬態(tài)特性時(shí)，又需使用前沿時(shí)間、脈沖寬度和重復(fù)周期已知的矩形脈沖源。并且要求信號(hào)源輸出信號(hào)的參數(shù)，如頻率、波形、輸出電壓或功率等，能在一定范圍內(nèi)進(jìn)行精確調(diào)整，有很好的穩(wěn)定性，有輸出指示。信號(hào)發(fā)生器的應(yīng)用非常廣泛，種類繁多。首先，信號(hào)發(fā)生器可以分通用和專用兩大類，專用信號(hào)發(fā)生器主要為了某種特殊的測(cè)量目的而研制的，如電視信號(hào)發(fā)生器、脈沖編碼信號(hào)發(fā)生器等。這種發(fā)生器的特性是受測(cè)量對(duì)象的要求所制約的。其次，信號(hào)發(fā)生器按輸出波形又可分為正弦波信號(hào)

13、發(fā)生器、脈沖波信號(hào)發(fā)生器、函數(shù)發(fā)生器和任意波發(fā)生器等。再次，按其產(chǎn)生頻率的方法又可分為諧振法和合成法兩種。一般傳統(tǒng)的信號(hào)發(fā)生器都采用諧振法，即用具有頻率選擇性的回路來產(chǎn)生正弦振蕩，獲得所需頻率。但也可以通過頻率合成技術(shù)來獲得所需頻率。利用頻率合成技術(shù)制成的信號(hào)發(fā)生器，通常被稱為合成信號(hào)發(fā)生器。 信號(hào)源可以根據(jù)輸出波形的不同，劃分為正弦波信號(hào)發(fā)生器、矩形脈沖信號(hào)發(fā)生器、函數(shù)信號(hào)發(fā)生器和隨機(jī)信號(hào)發(fā)生器等四大類。正弦信號(hào)是使用最廣泛的測(cè)試信號(hào)。這是因?yàn)楫a(chǎn)生正弦信號(hào)的方法比較簡(jiǎn)單，而且用正弦信號(hào)測(cè)量比較方便。正弦信號(hào)源又可以根據(jù)工作頻率范圍的不同劃分為若干種。1.4 基本性能（1） 可以產(chǎn)生輸出頻率范

14、圍為1khz10mhz的正弦波（2） 輸出信號(hào)頻率穩(wěn)定度：優(yōu)于10-4；（3） 輸出電壓幅度：在50歐姆負(fù)載電阻上的電壓峰-峰值vopp1v。（4） 失真度：用示波器觀察時(shí)無明顯失真。 第二章 主要器件簡(jiǎn)介2.1 dds技術(shù)2.1.1 概述一個(gè)基本的dds電路包括電子控制器、隨機(jī)訪問存儲(chǔ)器（ram）、頻率參考源（通常是晶振）、計(jì)數(shù)器和數(shù)模轉(zhuǎn)換器（dac）。要使dds系統(tǒng)工作需要兩個(gè)操作階段：我們稱之為編程和運(yùn)行。 本次設(shè)計(jì)采用spce061a實(shí)現(xiàn)直接數(shù)字頻率合成技術(shù)（dds）產(chǎn)生出所需要的信號(hào)波形,不僅大大提高信號(hào)源的分辨率，而且可以有效的降低了制造成本和縮小了產(chǎn)品體積。2.1.2 dds技術(shù)

15、的發(fā)展現(xiàn)狀隨著無線電技術(shù)迅速發(fā)展，雷達(dá)、導(dǎo)航、宇宙飛行、導(dǎo)彈及空間探索工作的開展，需要高精度、高穩(wěn)定的頻率標(biāo)準(zhǔn)源。目前，作為頻率標(biāo)準(zhǔn)源的有石英晶體振蕩器、氫原子振蕩器等。近幾十年來，頻率標(biāo)準(zhǔn)源的準(zhǔn)確度和穩(wěn)定度有很大提高，但原子頻標(biāo)造價(jià)昂貴，石英晶體也是稀有金屬，并且這些頻率標(biāo)準(zhǔn)基本上都只能輸出單一頻率，而目前生產(chǎn)實(shí)踐和科學(xué)研究中，往往需要獲得大量的高穩(wěn)定度頻率。如果大量高穩(wěn)定頻率都用原子標(biāo)頻或石英晶體，不但造價(jià)驚人，而且體積龐大，在實(shí)際應(yīng)用中極不方便。因此在實(shí)踐中，人們利用各種頻率合成技術(shù)產(chǎn)生出了符合實(shí)際生產(chǎn)需要的各種頻率的信號(hào)。直接數(shù)字頻率合成（dds）是近年來發(fā)展起來的一種新的數(shù)字式頻率合

16、成技術(shù)。它是1971年美國(guó)學(xué)者j.tierncy，c.m.rader和b.gold提出來的從相位概念出發(fā)合成所需波形的一種新的全數(shù)字頻率合成技術(shù)。近20年間，隨著技術(shù)和器件水平的提高，其優(yōu)勢(shì)日益明顯，dds技術(shù)得到了飛速的發(fā)展。dds技術(shù)的主要優(yōu)點(diǎn)是相對(duì)帶寬很寬、頻率轉(zhuǎn)換時(shí)間極短（可小于20ns）、頻率分辨率很高、全數(shù)字化結(jié)構(gòu)便于集成、輸出相位連續(xù)、頻率、相位和幅度均可實(shí)現(xiàn)程控。因此，能夠與計(jì)算機(jī)緊密結(jié)合在一起，充分發(fā)揮軟件的作用。作為應(yīng)用，現(xiàn)在已有dds產(chǎn)品用于接收機(jī)本振、信號(hào)發(fā)生器、通信系統(tǒng)、雷達(dá)系統(tǒng)、跳頻通信系統(tǒng)等。自80年代以來各國(guó)都在研制dds產(chǎn)品，隨著基礎(chǔ)電路制造工藝的逐步提高，通

17、過采用先進(jìn)的工藝和低功耗的設(shè)計(jì)，dds的工作速度已經(jīng)有了很大提高并廣泛地應(yīng)用于各個(gè)領(lǐng)域。其中以ad公司的產(chǎn)品比較有代表性。如ad7008,ad9850,ad9851,ad9858,ad9953等，其系統(tǒng)的時(shí)鐘頻率從30mhz到1ghz不等。這些芯片還具有調(diào)制功能，如ad7008可以產(chǎn)生正交調(diào)制信號(hào)，ad9852也可以產(chǎn)生ask,psk，線性調(diào)頻以及調(diào)幅信號(hào)。芯片內(nèi)部采用了優(yōu)化設(shè)計(jì)，大多采用了流水技術(shù)，提高了相位累加器的工作頻率，進(jìn)一步提高了dds芯片的輸出頻率。通過利用流水技術(shù)在保證相位累加器工作頻率的前提下，相位累加器的字長(zhǎng)可以設(shè)計(jì)得更長(zhǎng)，如ad9953的相位累加器達(dá)到了32位。同時(shí)為了抑制

18、雜散，這些芯片大多采用了隨機(jī)抖動(dòng)法提高無雜散動(dòng)態(tài)范圍。雖然dds技術(shù)的應(yīng)用日益廣泛，但是目前可以產(chǎn)生多通信信號(hào)的儀器數(shù)量很少而且價(jià)格非常昂貴，在現(xiàn)代的通信對(duì)抗和無線電監(jiān)測(cè)研究中，人們多使用的是基于dds技術(shù)的任意波形發(fā)生器，使用前需將所需波形的數(shù)據(jù)輸入儀器，過程非常繁瑣，信號(hào)參數(shù)改變時(shí)需重新產(chǎn)生和輸入數(shù)據(jù)，操作也不很方便，使dds技術(shù)的使用受到了限制。2.1.3 具體運(yùn)行a).編程在編程這一階段里，電子控制器把數(shù)據(jù)載入至存儲(chǔ)器中。數(shù)據(jù)的每一個(gè)單元是一個(gè)用來表示當(dāng)前時(shí)刻信號(hào)幅度的二進(jìn)制數(shù)。存儲(chǔ)器中這些數(shù)據(jù)的排列（數(shù)組）構(gòu)成一張振幅表，表示每一時(shí)刻當(dāng)前波形的振幅。舉個(gè)例子，在一張振幅表中，前一半的

19、數(shù)全為0，后一半全為波形振幅的最大值（100%），這些數(shù)據(jù)就表示“方波”了。任何波形都可以通過簡(jiǎn)單地改變這些數(shù)據(jù)來產(chǎn)生。b). 運(yùn)行在運(yùn)行這一階段中，計(jì)數(shù)器（可以稱之為相位累加器）受頻率參考源的指示，每一個(gè)脈沖自增。相位累加器的輸出（相位）通常就是數(shù)組中依次輸出的各個(gè)數(shù)據(jù)。最后會(huì)被dac依次轉(zhuǎn)換成模擬波形。為了產(chǎn)生周期波形，電路被設(shè)計(jì)成每一個(gè)波形周期的時(shí)間片讀取振幅表中的一個(gè)數(shù)據(jù)。舉個(gè)例子，如果參考頻率是1mhz，而且振幅表中包含1000個(gè)數(shù)據(jù)，以自增1的方式讀完整個(gè)振幅表需要1000 / 1 mhz = 1 ms，所以最后輸出波形的頻率為1/(1 ms) = 1 khz。系統(tǒng)能產(chǎn)生更高的輸出

20、頻率通過簡(jiǎn)單地增加相位自增速度，從而使計(jì)數(shù)器能更快地讀完一遍振幅表。在上面的那個(gè)例子中，相位自增的幅度是1，所以如果自增的幅度設(shè)為2，則輸出波形的頻率將提高一倍。為了能較好地控制頻率，可將標(biāo)準(zhǔn)的相位自增幅度設(shè)為10。這樣微調(diào)輸出頻率。舉個(gè)例子，如果將相位自增幅度提至11則會(huì)增加10%的輸出頻率。當(dāng)將相位自增幅度減至9時(shí)，輸出頻率會(huì)相應(yīng)地減小。為了獲得更加精確的輸出頻率，需用計(jì)數(shù)器和dac擁有較多的位數(shù)。c).執(zhí)行細(xì)節(jié)實(shí)際執(zhí)行中通常在32位的相位累加器和相位自增中設(shè)置查找表在大小為2的n次方。通常計(jì)數(shù)器的高位8或10比特用作查找表的索引（查找表的大小通常為256或1024）。剩余的低位比特可被作

21、為參數(shù)或索引，用來竄改查找表中鄰近的數(shù)據(jù)。經(jīng)常用線性插值法來實(shí)現(xiàn)。頻率源通常由一個(gè)1mhz至100mhz的晶振產(chǎn)生。 最高頻率產(chǎn)生的方式取決于查找表的大小和（頻率源的）頻率。為了能產(chǎn)生清晰的波形，（查找表中）必須擁有最少的采樣點(diǎn)。如果相位自增幅度太大，計(jì)數(shù)器閱遍查找表太快從而導(dǎo)致輸出信號(hào)的失真。 dds的實(shí)現(xiàn)有軟件與硬件兩種。由于dds的實(shí)時(shí)性，軟件的實(shí)現(xiàn)通常只用于聲音頻率的產(chǎn)生。2.1.4 ad9850簡(jiǎn)介ad9850 采用先進(jìn)的cmos 工藝, 其功耗在3.3v 供電時(shí)僅為155mw,溫度范圍為-4080, 采用28 腳ssop 表面封裝形式。圖中層虛線內(nèi)是一個(gè)完整的可編程dds系統(tǒng),外層

22、虛線內(nèi)包含了ad9850的主要組成部分。ad9850內(nèi)含可編程dds系統(tǒng)和高速比較器,能實(shí)現(xiàn)全數(shù)字編程控制的頻率合成?？删幊蘢ds系統(tǒng)的核心是相位累加器, 它由一個(gè)加法器和一個(gè)n位相位寄存器組成，n為32；每來一個(gè)外部參考時(shí)鐘,相位寄存器便以步長(zhǎng)m遞加；相位寄存器的輸出與相位控制字相加后可輸入到正弦查詢表地址上；正弦查詢表包含一個(gè)正弦波周期的數(shù)字幅度信息, 每一個(gè)地址對(duì)應(yīng)正弦波中 0360范圍的一個(gè)相位點(diǎn)；查詢表把輸入地址的相位信息映射成正弦波幅度信號(hào), 然后驅(qū)動(dòng)dac 以輸出模擬量。相位寄存器每過2n/m個(gè)外部參考時(shí)鐘后返回到初始狀態(tài)一次, 相應(yīng)地正弦查詢表每經(jīng)過一個(gè)循環(huán)也回到初始位置, 從

23、而使整個(gè)dds系統(tǒng)輸出一個(gè)正弦波。輸出的正弦波周期to = tc2n/m，頻率fout = mfc/2n ，tc、fc 分別為外部參考時(shí)鐘的周期和頻率。ad9850采用32位的相位累加器將信號(hào)截?cái)喑?4 位輸入到正弦查詢表,查詢表的輸出再被截?cái)喑?0 位后輸入到dac， dac輸出兩個(gè)互補(bǔ)的電流。dac滿量程輸出電流通過一個(gè)外接電阻rset調(diào)節(jié), 調(diào)節(jié)關(guān)系為iset = 32 (1.248v/ rset) , rset的典型值是3.9k。ad9850在接上精密時(shí)鐘源和寫入頻率相位控制字之后就可產(chǎn)生一個(gè)頻率和相位都可編程控制的模擬正弦波輸出, 此正弦波可直接用作頻率信號(hào)源或經(jīng)內(nèi)部的高速比較器轉(zhuǎn)換

24、為方波輸出。在125mhz 的時(shí)鐘下, 32 位的頻率控制字可使ad9850 的輸出頻率分辨率達(dá)0.0291hz；并具有5位相位控制位,而且允許相位按增量180、90、45、22.5、11.25或這些值的組合進(jìn)行調(diào)整。 圖1 dds應(yīng)用模塊實(shí)物圖 圖2 ad9850組成框圖2.1.5 ad9850各引腳功能ad9850的封裝形式如圖3所示d0d7：8位數(shù)據(jù)輸入口，可給內(nèi)部寄存器裝入40位控制數(shù)據(jù)。w-clk：字裝入信號(hào)，上升沿有效。fq-ud；頻率更新控制信號(hào)，時(shí)鐘上升沿確認(rèn)輸入數(shù)據(jù)有效。 圖3 ad9850引腳圖l agnd: 模擬地。l avdd：模擬電源（+5v）l dgnd: 數(shù)字地。

25、l dvdd：數(shù)字電源（+5v）l rset，dac：外部復(fù)位連接端。l voutn: 內(nèi)部比較器的負(fù)向輸出端。l voutp:內(nèi)部比較器的正向輸出端。l vinn:內(nèi)部比較器的負(fù)向輸入端。l vinp:內(nèi)部比較器的正向輸入端。l dacbp:dac旁路連接端。l ioutb:“互補(bǔ)”dac輸出。l iout:內(nèi)部dac輸出端。l reset:復(fù)位端。2.2 spce061a簡(jiǎn)介 隨著單片機(jī)功能集成化的發(fā)展，其應(yīng)用領(lǐng)域也逐漸地由傳統(tǒng)的控制，擴(kuò)展為控制處理以及數(shù)字信號(hào)處理等領(lǐng)域。為此，凌陽(yáng)最新推出了16位單片機(jī)，如圖所示圖4 61板功能圖spce061a的cpu為16位微處理器，其內(nèi)部含有8個(gè)寄

26、存器，4個(gè)通用寄存器r1r4，1個(gè)程序計(jì)數(shù)器pc，1個(gè)堆棧指針sp，1個(gè)基址指針bp，1個(gè)段寄存器sr，通用寄存器r3和r4結(jié)合組成一個(gè)32位寄存器mr，mr可以作為乘法運(yùn)算和內(nèi)積運(yùn)算的目標(biāo)寄存器。內(nèi)嵌2kb的sram和32kb閃存flash rom。系統(tǒng)時(shí)鐘由鎖相環(huán)（pll）振蕩器為系統(tǒng)提供一個(gè)實(shí)時(shí)時(shí)鐘的基頻（32768hz），然后將基基頻進(jìn)行倍頻，調(diào)整至49.152mhz，40.96mhz，32.768mhz，24.576mhz或20.480mhz。系統(tǒng)時(shí)鐘頻率（fosc）和cpu時(shí)鐘頻率（cpuclk）可通過編程來控制。默認(rèn)的fosc，cpuclk分別為24.576mhz和fosc/8.

27、透過對(duì)32768hz實(shí)時(shí)時(shí)鐘源分頻而提供了多種實(shí)時(shí)時(shí)鐘中斷源。低電壓監(jiān)測(cè)和低電壓復(fù)位低電壓監(jiān)測(cè)功能可以提供系統(tǒng)內(nèi)電源電壓的使用情況?？梢酝ㄟ^編程來控制，系統(tǒng)默認(rèn)的電壓監(jiān)測(cè)低限為2.4v。4極電壓監(jiān)測(cè)底限：2.4v,2.8v,3.2v和3.6v。spce061a具有2種中斷方式：快速中斷請(qǐng)求fiq中斷和中斷請(qǐng)求irq中斷。中斷控制器可處理3種fiq中斷和14種irq中斷，以及1個(gè)由指令break控制的軟中斷。系統(tǒng)有兩個(gè)可編程口：a口和b口。a口既是具有可編程喚醒功能的普通i/o口，又可與adc的多路linein輸入公用，b口除了具有普通i/o口的功能外，在特定的管腳上還可以完成一些特殊的功能。i

28、/o口兼容5vttl邏輯電平。spce061a提供2個(gè)16位的定時(shí)器/計(jì)數(shù)器：timera和timerb。timera為通用寄存器；timerb為多功能計(jì)數(shù)器。時(shí)基信號(hào)，來自于32768hz實(shí)時(shí)時(shí)鐘，通過頻率選擇組合而成。此外，時(shí)基信號(hào)發(fā)生器還可以直接生成2hz，4hz，1024hz，2048hz以及4096hz的時(shí)基信號(hào)，為中斷系統(tǒng)提供各種實(shí)時(shí)中斷源信號(hào)。圖5 spce061a封裝引腳圖spce061a有8個(gè)10位模數(shù)轉(zhuǎn)換通道，其中7個(gè)通道用于將模擬量信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字量信號(hào)，可直接通過（ioa0-6）輸入。另外有一個(gè)通道只作為語(yǔ)音輸入通道，通過內(nèi)置有自動(dòng)增益控制放大器的麥克風(fēng)通道（mic in

29、）輸入。spce061a為音頻輸出提供了2個(gè)10位的模數(shù)轉(zhuǎn)換器（輸出為電流型），即dac1和dac2。dac1,dac2轉(zhuǎn)換輸出的模擬量電流信號(hào)分別通過aud1和aud2管腳輸出。串行設(shè)備接口串行輸入輸出sio提供了1個(gè)1位的串行接口，用于與其他設(shè)備進(jìn)行數(shù)據(jù)通訊。在spce061a內(nèi)通過iob0和iob1這兩個(gè)端口實(shí)現(xiàn)與設(shè)備進(jìn)行串行數(shù)據(jù)交換功能。更為可貴的是，廠家提供的開發(fā)環(huán)境支持c語(yǔ)言和匯編語(yǔ)言程序設(shè)計(jì)，以及c語(yǔ)言和匯編語(yǔ)言的混合編程，大大方便了用戶的程序設(shè)計(jì)，提高了系統(tǒng)開發(fā)效率，降低了開發(fā)成本。第三章 方案論證根據(jù)題目要求，本系統(tǒng)主要由主控制器模塊、正弦信號(hào)發(fā)生模塊、輸出電壓放大模塊、fm

30、調(diào)頻電路模塊、am調(diào)幅電路模塊和人機(jī)界面模塊構(gòu)成。如下圖圖6 系統(tǒng)模塊框圖3.1 主控制器的選擇方案一：采用通用的51單片機(jī)at89s52作為主控制器，完成數(shù)據(jù)處理，dds的頻率輸出控制，鍵盤的掃描及液晶顯示器的顯示控制等。由于51單片機(jī)內(nèi)部的ram和rom都比較小，考慮到實(shí)現(xiàn)本系統(tǒng)需要大量的數(shù)據(jù)處理及液晶顯示需占用大量的rom資源等，用51單片機(jī)實(shí)現(xiàn)本系統(tǒng)就需外擴(kuò)ram和rom，實(shí)現(xiàn)起來比較麻煩。而且本系統(tǒng)需要用a/d轉(zhuǎn)換器采樣調(diào)制信號(hào)實(shí)現(xiàn)調(diào)頻信號(hào)的輸出，使用51單片機(jī)就需外擴(kuò)一片a/d轉(zhuǎn)換芯片，實(shí)現(xiàn)也比較麻煩。而且基于整個(gè)系統(tǒng)的速度要求，51單片機(jī)也不能滿足要求。方案二：采用凌陽(yáng)公司的16

31、位單片機(jī)spce061a作為主控制器。由于spce061a內(nèi)置有2k字的sram和32k字的內(nèi)存flash，能滿足本系統(tǒng)數(shù)據(jù)處理及液晶顯示所需數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)要求cpu時(shí)鐘頻率高達(dá)49.152mhz，能滿足速度要求；集成有7通道10位電壓模數(shù)轉(zhuǎn)換器adc，可以滿足系統(tǒng)采樣調(diào)制信號(hào)的要求；一片凌陽(yáng)spce061a單片機(jī)就可以完成整個(gè)系統(tǒng)的主要功能，基本不需要擴(kuò)展其他器件，不僅體積小而且可靠性高。而且凌陽(yáng)單片機(jī)具有c語(yǔ)言風(fēng)格的匯編語(yǔ)言，有與標(biāo)準(zhǔn)c兼容的c語(yǔ)言，c語(yǔ)言函數(shù)可以與匯編函數(shù)互相調(diào)用，使其開發(fā)更加容易，實(shí)現(xiàn)整個(gè)系統(tǒng)更加簡(jiǎn)單?；诖?，本系統(tǒng)采用方案二，利用凌陽(yáng)的16位單片機(jī)spce061a作為主控

32、制器。3.2 正弦信號(hào)的產(chǎn)生方案一：采用反饋型lc振蕩原理，選擇合適的電容、電感就能產(chǎn)生相應(yīng)的正弦信號(hào)。此方案器件比較簡(jiǎn)單，但是難以達(dá)到高精度的程控調(diào)節(jié)，而且穩(wěn)定度不高，故不采用。方案二：采用dds技術(shù)的基本原理。dds技術(shù)是基于 nyquist 采樣定理，將模擬信號(hào)進(jìn)行采集，經(jīng)量化后存入存儲(chǔ)器中（查找表），通過cpld或者fpga進(jìn)行尋址查表輸出波形的數(shù)據(jù)，再經(jīng)d/a 轉(zhuǎn)換濾波即可恢復(fù)原波形。根據(jù) nyquist 采樣定理知，要使信號(hào)能夠恢復(fù)，必須滿足采樣頻率大于被采樣信號(hào)最高頻率的2倍，否則將產(chǎn)生混疊，經(jīng)d/a 不能恢復(fù)原信號(hào)。此方案產(chǎn)生的波形比較穩(wěn)定，在高頻輸出時(shí)會(huì)產(chǎn)生失真，而且電路比較

33、復(fù)雜，故不采用。方案三：直接采用dds集成芯片。ad9850是ad公司生產(chǎn)的dds芯片，帶并行和串行加載方式，ad9850 內(nèi)含可編程dds 系統(tǒng)和高速比較器,能實(shí)現(xiàn)全數(shù)字編程控制的頻率合成。由于dds集成芯片能達(dá)到要求，而且節(jié)省硬件電路，程控調(diào)節(jié)能夠方便實(shí)現(xiàn)，本設(shè)計(jì)采用方案三，作為1k10mhz正弦信號(hào)發(fā)生。綜上所述，選擇方案三，用專用dds芯片ad9850產(chǎn)生正弦波。ad9850是采用dds技術(shù)、高度集成化的器件，當(dāng)它在并行工作方式時(shí)，有8根數(shù)據(jù)線、3根控制線與單片機(jī)相連。ad9850的頻率控制字為： （公式1）其中為頻率控制字，為要輸出的正弦的頻率，為系統(tǒng)時(shí)鐘的頻率，由晶振產(chǎn)生。3.3

34、輸出電壓放大方案一：采用高頻三極管做功率放大。選擇恰當(dāng)?shù)碾娮韬碗娙輥韺?shí)現(xiàn)符合題目要求的放大倍數(shù)。但是使用三極管放大時(shí)，信號(hào)放大的穩(wěn)定性不高，很難滿足題目的要求。故不采用。方案二：采用寬頻運(yùn)算放大器做前級(jí)電壓放大，ad8056可以達(dá)到300m的帶寬，而且頻率穩(wěn)定性好。在后級(jí)加上互補(bǔ)對(duì)稱的推挽式輸出電路做電流放大作用。所以在本設(shè)計(jì)中采用了方案二。3.4 fm調(diào)頻電路方案一：使用變?nèi)荻O管直接調(diào)頻。變?nèi)荻O管是根據(jù)pn結(jié)的結(jié)電容隨反向電壓改變而變化的原理設(shè)計(jì)的一種二極管。加反向偏壓時(shí)，變?nèi)荻O管呈現(xiàn)一個(gè)較大的結(jié)電容。變?nèi)荻O管要并接在產(chǎn)生中心頻率振蕩的選頻網(wǎng)絡(luò)的兩端，并加上調(diào)制信號(hào)，使中心頻率隨調(diào)制

35、信號(hào)的幅值的改變而改變，從而達(dá)到調(diào)頻作用。但是本方案會(huì)使電路產(chǎn)生的頻偏不穩(wěn)定，容易產(chǎn)生中心頻率偏移。方案二：采用鎖相環(huán)進(jìn)行調(diào)制，采用鎖相環(huán)路調(diào)頻，能夠達(dá)到中心頻率高度穩(wěn)定的調(diào)頻信號(hào)。由于鎖相環(huán)能跟蹤并鎖定中心頻率。從而使中心頻率有足夠高的穩(wěn)定度。而調(diào)制信號(hào)就加在vco（壓控振蕩器）的輸入端，從而使中心頻率隨調(diào)制信號(hào)的幅值的改變而改變。本方案比較直觀，而且中心頻率和頻偏都比較準(zhǔn)確，但是電路復(fù)雜，故不采用。方案三：凌陽(yáng)的單片機(jī)芯片spce061a內(nèi)部集成有10位adc?？上葘⒄{(diào)制信號(hào)離散化，當(dāng)采集完一個(gè)周期（1ms）的數(shù)據(jù)后，計(jì)算出每相鄰兩個(gè)抽樣點(diǎn)的偏移量，這樣就可以根據(jù)偏移量控制改變dds的輸出

36、頻率，從而達(dá)到調(diào)頻效果，而且硬件設(shè)計(jì)簡(jiǎn)單。本設(shè)計(jì)使用方案三。圖7鎖相環(huán)框圖3.5 am調(diào)幅電路方案一：采用單二極管開關(guān)狀態(tài)調(diào)幅電路,使二極管近似處于一種理想的開關(guān)狀態(tài)下,在兩個(gè)不同頻率電壓作用下進(jìn)行頻率交換。方案二：采用二極管平衡調(diào)幅電路,它是利用二極管的開關(guān)狀態(tài)和平衡抵消的措施,經(jīng)調(diào)幅后通過帶通濾波器就可以得到調(diào)幅信號(hào)。前面兩種方案電路實(shí)現(xiàn)比較復(fù)雜,而且由于采用分立元件，穩(wěn)定性比較差，調(diào)試?yán)щy。方案三：采用模擬乘法器調(diào)幅電路，它是一種完成兩個(gè)模擬信號(hào)相乘作用的電路，起到頻率搬移的作用，若采用專門的模擬乘法器芯片，電路實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單，穩(wěn)定性比較好，功能實(shí)現(xiàn)容易，符合題目要求。基于此，本系統(tǒng)采用方案三

37、，選用集成模擬乘法器mc1496實(shí)現(xiàn)am的模擬調(diào)幅。3.6 二進(jìn)制psk和ask信號(hào)的產(chǎn)生方案一：直接采用dds實(shí)現(xiàn)ask和psk，用程序直接控制dds輸出二進(jìn)制psk和ask信號(hào)，根據(jù)碼序列中的0或1直接控制dds的相移，便可以實(shí)現(xiàn)psk調(diào)制功能，而控制dds開和關(guān)即可實(shí)現(xiàn)ask調(diào)制。本方案直接用軟件來實(shí)現(xiàn)產(chǎn)生二進(jìn)制ask，psk信號(hào)，基本不用硬件電路,比較方便,但經(jīng)過試驗(yàn),輸出的信號(hào)不穩(wěn)定。故不采用。方案二：采用數(shù)字鍵控的方法來實(shí)現(xiàn)，采用模擬開關(guān)，利用基帶信號(hào)控制模擬開關(guān)的選通或關(guān)閉來實(shí)現(xiàn)ask調(diào)制。實(shí)現(xiàn)psk調(diào)制時(shí)，把100k的載波信號(hào)分接成兩路，其中一路接增益為-1的運(yùn)放電路，將載波信

38、號(hào)移相180度。本方案硬件設(shè)計(jì)也比較簡(jiǎn)單,輸出的信號(hào)比較穩(wěn)定，各種指標(biāo)符合題目要求?；诖吮鞠到y(tǒng)采用了方案二實(shí)現(xiàn)產(chǎn)生二進(jìn)制psk，ask信號(hào)。3.7硬件與軟件接口方案系統(tǒng)采用凌陽(yáng)spce061a十六位單片機(jī)控制dds芯片，軟件采用了凌陽(yáng)公司的minios實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)，并采用了事件驅(qū)動(dòng)的編程思想。主任務(wù)就是一個(gè)消息驅(qū)動(dòng)的線程，等待任務(wù)和其他中斷發(fā)出事件請(qǐng)求來完成各種功能。具體功能為各種參數(shù)的設(shè)定；頻率步進(jìn)等?？刂颇K主要為凌陽(yáng)單片機(jī)spece06a。信號(hào)生成采用數(shù)字方式在單片機(jī)中實(shí)現(xiàn)，因此信號(hào)產(chǎn)生模塊是整個(gè)系統(tǒng)的核心，包含基本的下載、調(diào)試和io等功能。軟件編程主要是根據(jù)ad9850的控制字方式,

39、把具有不同功能的控制字寫入到芯片內(nèi)部。以并行輸入方式為例,對(duì)ad9850操作的40 位控制字各位的功能如表1 所列。在這種方式下當(dāng)外部參考時(shí)鐘頻率為10mhz 的情況下,如果要滿足以下幾種技術(shù)要求:l 相位置于180;l 選擇powerup 模式;l 輸出信號(hào)頻率為10mhz。根據(jù)表1 控制數(shù)據(jù)格式及式(1) 給出的輸出頻率和輸出相位計(jì)算公式,可知40 位控制數(shù)據(jù)應(yīng)按如下給出:w0 = 10000001 ;w1 = 00110101 ;w2 = 01010101;w3 = 01010101;w4 = 01010101 。由以上數(shù)據(jù)并根據(jù)芯片相應(yīng)的控制方式,在ad9850 復(fù)位后,由單片機(jī)給出合

40、適的w- cl k 和fq - ud 信號(hào),即可通過簡(jiǎn)單的操作完成預(yù)期的功能。 圖8 單片機(jī)與ad9850連接圖 表1 ad9850控制字（2）并行接口方式并行接口電路比較簡(jiǎn)單，但是占用單片機(jī)資源相對(duì)較多，ad9850的數(shù)據(jù)線d0d7和fq-ud、w-clk與iob口相連，所有的時(shí)序關(guān)系均可通過軟件控制實(shí)現(xiàn)。將dds控制從高至低存放于低，并準(zhǔn)備下一字節(jié)的發(fā)送，連續(xù)發(fā)送5個(gè)字節(jié)后，須將fq-ud再次置高，以使ad9850根據(jù)剛輸入的控制字更改頻率和相位輸出，隨后再置fq-ud為低，準(zhǔn)備下一組發(fā)送。3.8 軟件控制功能方案ad9850有兩種與微機(jī)并行打印機(jī)相連的評(píng)估版，并配有windows下運(yùn)行的

41、軟件，可以作為應(yīng)用參考，但運(yùn)用單片機(jī)實(shí)現(xiàn)對(duì)dds的控制與微機(jī)實(shí)現(xiàn)的控制相比，具有編程控制簡(jiǎn)便和接口簡(jiǎn)單等優(yōu)點(diǎn)，因此，本系統(tǒng)采用凌陽(yáng)spce061a單片機(jī)作為控制核心來向ad9850發(fā)送控制字。單片機(jī)與ad9850的接口既可以采用并行方式，也可以采用串行方式，但為了充分發(fā)揮芯片的高速性能，應(yīng)在單片機(jī)資源允許的情況下，盡可能選用并行方式。并行工作方式時(shí)，有8根數(shù)據(jù)線、3根控制線與單片機(jī)相連。ad9850的頻率控制字可根據(jù)公式（1）進(jìn)行計(jì)算，然后將計(jì)算出的控制字寫入單片機(jī)，再由單片機(jī)向ad9850發(fā)送相應(yīng)的數(shù)據(jù)，便可以產(chǎn)生相應(yīng)頻率的波形。以模擬頻率調(diào)制方案為例，我們采用軟件調(diào)頻的方案，通過中斷單片機(jī)

42、采樣調(diào)制信號(hào)，然后通過線性運(yùn)算把采樣得到的電壓值轉(zhuǎn)換成對(duì)應(yīng)的頻偏值，然后與當(dāng)前設(shè)置的中心頻率相加，換算成頻率控制字送到dds，這樣就實(shí)現(xiàn)了fm，如圖 9（a）。但是根據(jù)題目要求，調(diào)制信號(hào)為固定的1khz正弦，所以，我們就去掉了繁雜的采集和運(yùn)算，直接把對(duì)應(yīng)于1khz正弦信號(hào)的頻偏控制字存儲(chǔ)為一個(gè)表，然后通過中斷把這個(gè)表里的頻偏控制字和當(dāng)前中心頻率控制字相加送出。當(dāng)前中心頻率和頻偏表里的每一個(gè)元素分別做這樣一次運(yùn)算之后得到頻率控制字表并存儲(chǔ)。之后打開32khz的中斷，從這個(gè)表里依次取值送出。這個(gè)中斷服務(wù)過程中單片機(jī)沒有一點(diǎn)運(yùn)算。此過程見圖9（b） (a) (b)圖9 頻率調(diào)制實(shí)現(xiàn)框圖第四章 硬件電

43、路設(shè)計(jì)4.1正弦信號(hào)產(chǎn)生基于ad9850的正弦信號(hào)發(fā)生器以凌陽(yáng)spce061a單片機(jī)和ad9850為核心，包括鍵盤和顯示模塊，電壓放大模塊，am調(diào)幅模塊，psk/ask鍵控模塊。信號(hào)的產(chǎn)生與控制部分電路由dds芯片與spce061a單片機(jī)組成，用戶通過鍵盤輸入信號(hào)要求被spce061a接受，并經(jīng)過處理后將計(jì)算出的數(shù)據(jù)傳送給ad9850，由ad9850產(chǎn)生頻率幅度可控的信號(hào)。系統(tǒng)總體框圖如下圖所示圖10 系統(tǒng)總體框圖因?yàn)橐紤]到fm調(diào)頻，本系統(tǒng)使ad9850工作于并行方式接線，以提高頻率的切換速度。從而達(dá)到調(diào)制1k正弦波的要求。參考時(shí)鐘使用42m晶振，設(shè)計(jì)低通濾波器時(shí)，就要去掉42m的高頻干擾。

44、dds輸出的帶寬比較高，低通濾波器要采用lc做成7階切貝雪夫低通濾波。4.2 帶負(fù)載輸出要達(dá)到6v1v的帶負(fù)載輸出，我們先使用寬頻運(yùn)放ad8056做前級(jí)放大，為了達(dá)到合適的電壓增益，我們使用了兩級(jí)放大切換，改變放大的級(jí)數(shù)以便適應(yīng)增益要求；經(jīng)運(yùn)放輸出的電壓電流較弱，帶負(fù)載能力不強(qiáng)，所以要在運(yùn)放的后級(jí)加上一級(jí)推挽輸出，提高輸出電流。在推挽輸出端接上了50電阻，輸出幅度能達(dá)到題目的要求。圖11 寬頻放大電路4.3 正弦調(diào)制信號(hào)的產(chǎn)生1k正弦調(diào)制信號(hào)的產(chǎn)生采用dds技術(shù)。 dds技術(shù)采用全數(shù)字技術(shù)實(shí)現(xiàn)頻率合成，和其它一般的頻率合成技術(shù)相比，有一些突出的優(yōu)點(diǎn)和獨(dú)特的性能：dds 在相對(duì)帶寬、頻率轉(zhuǎn)換時(shí)間

45、、頻率分辨率、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，為本系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)am，fm調(diào)制提供了穩(wěn)定的正弦調(diào)制信號(hào)。dds 技術(shù)的實(shí)現(xiàn)依賴于高速、高性能的數(shù)字器件?？删幊踢壿嬈骷云渌俣雀?、規(guī)模大、可編程，以及有強(qiáng)大eda 軟件支持等特性，十分適合實(shí)現(xiàn)頻率的合成。4.4 am調(diào)幅信號(hào)的產(chǎn)生幅度調(diào)制是正弦波或脈沖序列的幅度隨調(diào)制信號(hào)線形變化的過程,標(biāo)準(zhǔn)調(diào)幅信號(hào)可表示為：其中：其中為外加直流，固定，為調(diào)制信號(hào)，改變就可以控制調(diào)制度。 在am 調(diào)幅中, 輸出已調(diào)信號(hào)的包絡(luò)與輸入調(diào)制信號(hào)成正比,基于此我們采用控制輸入調(diào)制信號(hào)的幅度來改變調(diào)制度, 使其可在10%

46、100%之間程控調(diào)節(jié)，步進(jìn)量10%.圖12 am調(diào)幅電路實(shí)物圖4.5 ask、psk的產(chǎn)生ask、psk一般采用數(shù)字鍵控的產(chǎn)生方法，選用模擬開關(guān)cd4052來實(shí)現(xiàn)數(shù)字鍵控。要實(shí)現(xiàn)psk還要增加一級(jí)放大增益為-1的運(yùn)算放大電路，使載波信號(hào)產(chǎn)生一路的180度相移。 其原理圖如下：圖13 ask 電路圖 圖14 psk電路圖圖15 askpsk鍵控實(shí)物圖第五章 軟件設(shè)置5.1軟件功能的實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)軟件部分主要包括了操作菜單，各種信號(hào)的設(shè)置和控制。正弦波產(chǎn)生過程為：頻率設(shè)置，數(shù)據(jù)處理，然后控制dds芯片完成各種頻率的正弦波產(chǎn)生；調(diào)幅波產(chǎn)生過程為：通過調(diào)制系數(shù)的設(shè)置，控制d/a轉(zhuǎn)換器輸出，可得到不同幅值的調(diào)

47、制波，與載波相乘來實(shí)現(xiàn)調(diào)幅波的產(chǎn)生；psk、ask產(chǎn)生：通過mcu對(duì)模擬開關(guān)的控制來完成psk、ask的產(chǎn)生。調(diào)頻信號(hào)產(chǎn)生過程：通過a/d轉(zhuǎn)換器采集調(diào)制信號(hào)，然后根據(jù)調(diào)制信號(hào)的幅度計(jì)算出頻偏，把頻偏數(shù)據(jù)下載到dds即可實(shí)現(xiàn)調(diào)頻信號(hào)的產(chǎn)生。 圖16 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)框圖軟件采用了凌陽(yáng)公司的minios實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)，并采用了事件驅(qū)動(dòng)的編程思想。主任務(wù)就是一個(gè)消息驅(qū)動(dòng)的線程，等待鍵盤任務(wù)和其他中斷發(fā)出事件請(qǐng)求來完成各種功能。具體功能有：圖形化的操作界面；各個(gè)功能的切換；各種參數(shù)的設(shè)定；頻率步進(jìn)等。利用消息驅(qū)動(dòng)機(jī)制實(shí)現(xiàn)了圖形動(dòng)態(tài)菜單。使操作界面更加直觀，更加人性化，操作更簡(jiǎn)單。消息驅(qū)動(dòng)的簡(jiǎn)單數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)：un

48、ion _event_flag_struct _bit_flagunsigned char intosubmenu :1;unsigned char returnminmenu :1;unsigned char cannel :1;unsigned char ok :1;unsigned char ask :1;unsigned char psk :1;unsigned char am :1;unsigned char fm :1;unsigned char sine :1;unsigned char reserve :9;/保留bit;unsigned char value;my_event

49、=0x0000; 里面包括七個(gè)事件標(biāo)志變量，被定義為_event_flag_的共用體。當(dāng)my_event的具體位被置為1的時(shí)候就表示相應(yīng)的事件發(fā)生，并請(qǐng)求消息處理任務(wù)對(duì)事件進(jìn)行處理。復(fù)雜的消息驅(qū)動(dòng)機(jī)制還需要相應(yīng)的消息隊(duì)列，郵箱等等。圖17 事件處理任務(wù)流程圖5.2軟件流圖5.2.1 主程序主程序可控制整個(gè)系統(tǒng)，包括控制系統(tǒng)的初始化、運(yùn)算、頻率控制等子程序，其主程序流程如圖所示。 圖 18 具體程序流程圖 圖19 主程序流程圖初始化可將系統(tǒng)設(shè)定為默認(rèn)工作狀態(tài)，通過判斷各功能標(biāo)志位來確定應(yīng)完成的功能當(dāng)執(zhí)行完后掃描程序并以此循環(huán)，等待下一次命令輸出，從而實(shí)現(xiàn)各種功能。5.2.2 fm信號(hào)的實(shí)現(xiàn)fm信

50、號(hào)的實(shí)現(xiàn)是通過中斷把1khz頻率控制字表里，頻率控制表里的頻寬控制字和當(dāng)前中心頻率控制字相加送入dds產(chǎn)生。 圖20 fm信號(hào)的產(chǎn)生流圖 圖21 鍵盤掃描流程圖圖22 頻率設(shè)置5.2.3 鍵盤掃描流程圖本系統(tǒng)采用2*8行列式鍵盤來節(jié)約i/o口，并用程序把8根線全部拉低，再判斷2根行線是否有低電平，如果沒有，說明沒有按下，系統(tǒng)則推出鍵盤掃描程序，否則，依次拉低列線，然后依次判斷行線是否有低電平并判斷鍵號(hào)，鍵號(hào)確定后再轉(zhuǎn)到鍵號(hào)相對(duì)應(yīng)的功能程序去執(zhí)行。鍵盤主要方便用戶設(shè)置頻率，幅度，選擇工作方式等，其流程圖如上圖21所示。5.3 信號(hào)頻率控制字該部分程序主要用于將輸入值轉(zhuǎn)換成十六進(jìn)制數(shù)據(jù)，然后產(chǎn)生相

51、應(yīng)的頻率控制字并送至dds芯片，以改變dds的相位增量，最終輸出相應(yīng)頻率信號(hào)。其控制字則是ad9850模塊所提供的40位頻率控制字，如圖23所示：圖23 控制字并行輸入時(shí)序圖由于本系統(tǒng)采用50m晶振，則有公式（1）可算的得控制字為85.89934592控制部分可用以下程序表示：void ddsctrol()unsigned temp,i,j;unsigned char fre5;freq0=key_sbuf5*100+key_sbuf6*10+key_sbuf7;freq1=key_sbuf1*1000+key_sbuf2*100+key_sbuf3*10+key_sbuf4;freq_ctr

52、0=freq0*85.89934592; freq_ctr1=freq1*85.89934592*1000;頻率控制字?jǐn)?shù)組可分為5段從單片機(jī)送入ad9850進(jìn)行控制。int ctr_word5=0x00,0x00,0x21,0x8d,0x86; 程序的初始與復(fù)位：*p_iob_dir=0xffff; *p_iob_attrib=0xffff; *p_iob_data=0x0000;*p_watchdog_clear=0x0001; /清看門狗第六章 測(cè)試結(jié)果6.1測(cè)試儀器與方法6.1.1 測(cè)試儀器（1） hitachi 20m雙蹤模擬示波器；（2） tektronix 60m雙通道數(shù)字示波器；

53、（3） hitachi 數(shù)字頻率計(jì)。6.1.2 測(cè)試方法：(1) 測(cè)試正弦波輸出頻率l 連接電路(電源、spce061a芯片、ad9850芯片、顯示模塊、鍵盤輸入模塊)。l 打開示波器電源。l 運(yùn)用鍵盤輸入設(shè)定頻率，按確定鍵。l 觀察示波器的顯示頻率、周期和峰-峰值。l 記錄正弦波的輸出頻率l 關(guān)閉電源(2) 測(cè)試方波輸出頻率l 連接電路(電源、spce061a芯片、ad9850芯片、顯示模塊、鍵盤輸入模塊)。l 打開示波器電源。l 運(yùn)用鍵盤輸入設(shè)定頻率，按確定鍵。l 調(diào)節(jié)電位器，觀察示波器的顯示頻率、周期和峰-峰值。l 記錄方波的輸出頻率l 關(guān)閉電源(3)測(cè)試三角波輸出頻率l 連接電路(電源、spce061a芯片、ad9850芯片、顯示模塊、鍵盤輸入模塊)。l 打開示波器電源。l 運(yùn)用鍵盤輸入設(shè)定頻率，按確定鍵。l 調(diào)節(jié)電位器，觀察示波器的顯示頻率、周期和峰-峰值。l 記錄三角波的輸出頻率。l 關(guān)閉電源。6.1.3 指標(biāo)測(cè)試（1） 正弦波指標(biāo)測(cè)試把正弦波輸出端接入數(shù)字頻率計(jì)，以1k，10k，100k，1m，5m，10m作為測(cè)試點(diǎn)，得到如下表數(shù)據(jù)。如下表2所示。頻率輸出電壓（帶50歐負(fù)載）輸出電壓（空載）失真度（目測(cè)）1khz5.9v7.9v無失真10khz5.9v7.9v無失真100khz6v