1 引言
為了精確地輸出正弦波、調幅波、調頻波、psk及ask等訊號，並依據直接數字頻率合成(direct digital frequencysvnthesizer，簡稱ddfs)技術及各種調製訊號相關原理，設計了一種採用新型dds器件產生正弦波訊號和各種調製訊號的設計方法。採用該方法設計的正弦訊號發生器已廣泛用於工程領域，且具有系統結構簡單，介面友好等特點。
2 系統總體設計方案
圖1給出系統總體設計方框圖，它由微控制器、現場可程式設計門陣列(fpga)及其外圍的模擬部分組成。在fpga的內部數字部分中，利用fpga內部的匯流排控制模組實現與鍵盤掃瞄、液晶控制等人機互動模組的通訊，並在微控制器與系統工作總控制模組之間的互動通訊中起橋梁作用。系統工作總控制可統一控制各個時序模組；各時序模組用於完成相應的控制功能。
在模擬部分中，利用無源低通濾波器及放大電路，使ad9851型dds模組的輸出訊號成為正弦波和fm調製訊號；再利用調幅電路，使fpga內部dds模組產生的訊號與ad9851輸出的載波訊號變為調幅訊號，同時在基帶碼控制下通過psk/ask調製電路得到psk和ask訊號。最後，各路訊號選擇通道後，經功率放大電路驅動50ω負載。
3 理論分析與計算
3．1 調幅訊號
調幅訊號表示式為：
式中：ω0t，ωt分別為調製訊號和載波訊號的角頻率；ma為調制度。
令v(o)=vocos(ω0t)，v(ω)=macos(ωt)，則v(t)=v(o)+v(o)v(ω)。故調幅訊號可通過乘法器和加法器得到；通過改變調製訊號v(ω)的幅值改變ma，v(ω)的範圍為0．1～l v，ma對應為10％~100％。
3．2 調頻訊號
採用dds調頻法產生調頻訊號，具體實現方法：通過相位累加器和波形儲存器在fpga內部構成乙個dds模組，用於產生1 khz的調製訊號。其中，波形儲存器的資料即為調製訊號的幅度值。
將這些表示幅度值的資料直接與中心頻率對應的控制字相加，即可得到調頻訊號的瞬時頻率控制字，再按調製訊號的頻率切換這些頻率控制字，即可得到與dds模組輸出相對應的調頻訊號。
3．3 psk和ask訊號
ask訊號是振幅鍵控訊號，可用乙個多路復用器實現。當控制訊號為1時，選擇載波訊號輸出；當控制訊號為0時，不選擇載波訊號輸出；當控制訊號由速率為10 kb／s的數字脈衝序列給出時，可以產生ask訊號。psk訊號是移相鍵控訊號，這裡只產生二相移相鍵控，即bpsk訊號。
它的實現方法與ask基本相同，只是在控制訊號為0時，選擇與原載波訊號倒相的輸出訊號，該倒相信號可由增益倍數為l的反相放大電路實現。
4 主要功能電路設計
圖2給出調幅電路。它採用adi公司的乘法器ad835實現。該器件內部自帶加法器，可直接構成調幅電路。
圖3給出psk／ask電路。它主要由多路復用器和移相器構成。其中，移相器採用maxim公司的高速運算放大器max477所構成的反相放大電路實現，多路復用器採用adi公司的ad7502。
當兩條通道選擇控制線a1ao為ll時，輸出原訊號；當a1a0為00時，輸出原訊號的反相信號；當a1a0為01時，無訊號輸出。這樣只要fpga按固定速率通過al和ao兩條控制線給出基帶序列訊號，就能相應輸出psk和ask訊號。
fpga內部dds調頻電路由分頻器、累加器、rom和ad985l時序控制電路構成。分頻器用於得到20 khz的訊號，作為ad985l控制字的切換頻率；rom中儲存了1 khz的正弦波表，接收累加器給出的控制字切換訊號，同時向ad985l時序控制模組傳送頻偏控制字；ad985l時序控制電路根據中心頻率並結合頻偏控制字向ad985l器件傳送頻率控制字，以實現dds調頻。
功率放大電路由adi公司的高速運算放大器ad811和t1公司的緩衝器buf634構成，如圖4所示。ad8ll採用同相放大器接法，將輸入訊號放大到電壓峰峰值為6 v；后級緩衝電路用於提供足夠的輸出電流，使負載的輸出電壓峰值穩定在6 v。由於ad81l的輸出電流較大，所以在ad811與緩衝器之間串接了乙隻l kω的電阻用於限流。
電路除錯時發現．輸出高頻訊號有衰減。經過分析獲知，主要原因在於后級緩衝器有8 pf的等效輸入電容(見圖4中虛線)，該電容影響電路的高頻響應。於是在ad811輸出與buf634輸入之間接入了乙隻330nf的補償電容，補償後的電路高頻響應效果良好。
5 系統軟體設計
該系統軟體採用結構化和層次化的設計方法。前者指相應的基本功能模組利用底層處理子程式所處理的資料，向上層全功能模組提供處理後的資料；後者指利用前者的介面完成該模組功能。最後由主程式呼叫全功能模組構建系統。
圖5給出程式流程圖。
整個程式以按鍵中斷為主線，分為正弦波、調幅波、調頻波、鍵控波4種輸出模式和1個復位模式。在不同的模式下分別執行相應的子程式，最後分別向fpga寫入相應的控制字。
6 測試資料
該系統測試主要由高頻毫伏表、頻率計、示波器完成。其中，高頻毫伏表測試輸出訊號峰值；頻率計測試輸出訊號的頻率；示波器用於測試正弦波、調幅波、調頻波、psk以及ask等訊號波形。這裡選取1 khz，lo khz，100 khz，l mhz和10 mhz這5個頻率點對正弦訊號發生器進行測試，將實際頻率與預置頻率相比較，得到各頻率點的相對誤差均小於0．05‰。
其中100 khz和10 mhz處的相對誤差小於0．02‰；5個頻率點所對應正弦訊號的電壓峰值分別為6．28 v，6．25 v，6．10 v，5．90 v，5．60 v。
7 結語
該系統較好地完成了預期的各項功能和指標。正弦波的輸出頻率範圍為l khz～10 mhz，在其內頻率穩定度為10～4；調頻波的輸出頻率範圍為100 khz～10 mhz，在其內最大頻偏可分為5 khz／10 khz二級程式控制調節；調幅波的輸出頻率範圍為l~10 mhz，在其內調制度可在10％~100％之間程式控制調節，且步進為10％；ask及psk訊號則通過移相電路和多路復用器的結合，在fpga給出的基帶序列訊號控制下產生。
正弦訊號發生器設計方案
及放大電路，使ad9851型dds模組的輸出訊號成為正弦波和fm調製訊號 再利用調幅電路，使fpga內部dds模組產生的訊號與ad9851輸出的載波訊號變為調幅訊號，同時在基帶碼控制下通過psk ask調製電路得到psk和ask訊號。最後，各路訊號選擇通道後，經功率放大電路驅動50 負載。3 理論分...
簡易正弦訊號發生器設計
課程設計 學院名稱電氣工程學院 指導教師 職稱班級 學號學生姓名 2016年 10 月 10 日 南華大學 課程設計 任務書 學院 電氣工程學院 題目 簡易正弦訊號發生器設計 起止時間 2016年9月10日至 2016年10月10日 學生姓名 專業班級 指導教師 教研室主任 院長2016 年 10 ...
數字正弦訊號發生器的設計
內容提要 本系統由fpga 微控制器控制模組 鍵盤 lcd液晶顯示屏 dac輸出電路和末級放大電路構成。僅用單片fpga就實現了直接數字頻率合成技術 dds 產生穩幅正弦波，並在數字域實現了am fm ask psk等四類調製訊號。調製訊號既可由使用者輸入引數由fpga內部生成，也可以從外部輸入。整...