摘要：本正弦訊號發生系統，由msp430f149最小系統、數字頻率合成器（dds）ad9852模組、 lcd液晶顯示屏、按鍵構成。利用數字頻率合成器（dds）ad9852模組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。
關鍵詞：正弦訊號 dds lcd顯示
一、 方案設計與論證
1、正弦訊號輸出方案
採用直接數字合成（direct digital synthesizer）方案。dds 的原理框圖如圖1所示。
圖原理框圖
dds技術頻率解析度高、轉換速度快、訊號純度高、相位可控、輸出訊號無電流脈衝疊加、輸出可平穩過渡且相位可保持連續變化。dds合成的頻率頻率穩定度好、精確度高，且dds容易精確控制，所以我們選擇dds方案進行頻率合成。
2、頻率合成模組
直接數字頻率合成。直接數字頻率合成ddfs（direct digital frequency synthesizer）基於nyquist定理，自己編寫產生正弦波點值軟體，生成128點後存入儲存器中，通過定址查表輸出波形資料，再經d/a轉換，濾波，恢復原波形。ddfs 中大部分部件都屬於數位電路，整合度高、體積小、功耗低、可靠性、價效比高，易除錯，輸出線性調頻訊號相位連續，頻率解析度高，轉換速度快，**低。
其頻率穩定度和可靠性優於其它方案，故採用該方案。
3、訊號調製方案
採用msp430f149模組控制dds。這樣通過msp430微控制器在數字域實現頻率合成然後通過dac形成訊號波形。由於訊號都是由msp430微控制器在數字域進行處理，可以很方便的將fm和am等調製在數字域實現。
所有調製電路的功能都由msp430微控制器片和dds內的數字邏輯電路來實現，整個系統的電路設計大為簡化，同時由於數字調製避免了模擬調製帶來的誤差和干擾，大大提高了調製的效能，而且硬體電路設計的軟體化，使得電路設計的公升級改進工作大為簡化。
4、 顯示模組
採用點陣型（128 × 64）液晶顯示模組km12864，雖然占用i/o口多，控制複雜，但功能強大，可以顯示漢字及簡單圖形，內建8192 個中文漢字（16x16 點陣）、128 個字元（8x16 點陣）及64x256 點陣顯示ram（gdram）。可設計出清晰的選單，提供全面的資訊，功耗低，介面友好，控制靈活，使系統智慧型化、人性化。
二、硬體設計
1、硬體設計
（1） 系統框圖如下圖
圖2.系統框圖
（2）鍵盤輸入
4x4鍵盤矩陣
圖3.鍵盤矩陣圖
（3）msp430f149最小系統
msp430f149最小系統與鍵盤輸入和dds模組相連，負責整個系統的控制。
（4）dds及調製電路模組
ad9852asv最高工作頻率為300mhz，由於其工作電流很大導致發熱很厲害，所以將系統工作頻率設為200mhz。晶振頻率為20mhz，當10倍頻選項使能後，系統工作頻率可達到200mhz。
本系統通過微控制器控制ad9852頻率控制字實現頻率合成，經低通濾波器濾除雜訊和雜散訊號就可得到比較純正的正弦訊號。同時，由軟體產生調製正弦波訊號點值，並行輸入改變dds晶元頻率控制字，就可實現調頻，基本不需要外圍電路，且最大頻偏可由軟體任意改變。ad9852負責在數字域實現正弦波（載頻）的合成、fm和am調製訊號（經過離散化的）的合成產生ask和psk的調製訊號並完成ask、psk的調製和fm、am調製，然後控制dac輸出波形。
2、電路連線圖
圖4.硬體連線圖
三、軟體設計
設計目的：
接收使用者鍵盤輸入的資料（訊號引數的預製、選擇和步進）和控制指令，控制液晶顯示，向msp430f149傳送資料及控制指令，控制輸出訊號波形。
設計思路：
msp430f149主微控制器完成對ad9852的控制和人機互動控制。48位資料分六次傳送，系統以鍵盤為控制資訊輸入，msp430f149獲取鍵盤訊號後，處理區別不同的狀態，按照程式流程圖，對系統進行控制，以達到題目要求。
本程式設計了一級選單結構、10個按鍵及友好提示介面（鍵盤輸入，液晶顯示）。使用者可通過鍵盤選擇選單項設定輸出訊號的引數（頻率、調制度、頻偏等），或選擇輸出訊號（正弦波、調幅波、調頻波等）。當使用者選擇輸出時，程式把設定的引數送至msp430f149，並對msp430f149發出控制命令使其輸出需要的訊號。
由於系統由軟體調頻，要求頻率變化的控制迅速，故採用並行方式控制ad9852修改ad9852的頻率控制字, 提高速度，實現較好的調頻效果。
圖5.系統軟體流程圖
圖6.按鍵流程圖
四、理論分析與引數設計
1、載頻引數計算
本題要求：正弦波輸出頻率範圍：1khz～10mhz；具有頻率設定功能，頻率步進為100hz；輸出訊號頻率穩定度優於10-4；在負載電阻上的電壓峰-峰值vopp≥1v；用示波器觀察時無明顯失真。
2、am調製引數設計
本題要求：產生1khz的正弦調製訊號；在1mhz~10mhz範圍內調制度ma可在10%～100%之間程式控制調節，步進量10%。
3、fm調製引數設計
本題要求：產生1khz的正弦調製訊號；在100khz~10mhz頻率範圍內產生10khz最大頻偏，且最大頻偏可分為5khz/10khz二級程式控制調節。
4、ask/psk調製引數設計
本題要求：產生碼速率為10kbps的二進位制基帶序列訊號，載波頻率為100khz。
ask、psk調製和am，fm調製共用一套本振（即合成正弦訊號的dds模組），所以通過設定頻率控制字可設定載波頻率為需要的100khz。而位元速率為10kbps二進位制基帶序列訊號則可以通過預置好的移位暫存器迴圈移位獲得。
五、指標測試
1、測試儀器： lds20205數字示波器、yb43020模擬示波器
2、測試方案：
(1) 模組測試將系統的各模組分開測試，調通後再進行整機除錯，提高除錯效率。
(2) 系統整體測試將硬體模組和相應的軟體的進行系統整機測試。依據設計要求，分別對輸出波形、輸出電壓峰峰值、輸出頻率輸出測試。
(3)基本要求測試
①正弦波頻率範圍測試
將輸出端接50負載，對輸出電壓進行測試，測試資料見下表：
②頻率步進設定測試
在題目要求的範圍內選取1khz測試點進行測試。測試結果見下表。
③頻率穩定度：使用了晶體振盪器為振盪源。
④輸出電壓幅度：
⑤輸出波形失真觀測：
通過觀察示波器，觀察輸出波形無明顯失真。
(4)發揮部分測試
①幅度調製訊號調制度測試
採用調制度測量儀對系統輸出訊號進行測試，測試結果見下表。
②調制度步進測試
通過鍵盤輸入改變，觀察得本系統提供的預置調制度，10%調制度增減步進均可正常工作。
③頻率調製訊號頻偏測試
④psk、ask調製測試
從示波器上同時觀察psk、ask訊號波形，可觀察到產生正確的psk、ask訊號，且有二進位制基帶訊號的產生。
實驗波形：如下圖所示
六、結論
經測試，由msp430f149、數字頻率合成器（dds）ad9852模組、 lcd液晶顯示屏、按鍵構成的正弦訊號發生器達到了題目提出的所有要求，並在大部分指標上有所超越。由於採用了較為靈活的設計方案，本系統具有結構緊湊，電路簡單，功能強大，可擴充套件性強的特點，並且除錯相對容易，進度可控制性強。
在測試的過程中，出現了一些問題，首先，正弦波調製訊號頻率未達到題目要求的1khz，最大頻率為800hz左右，出現這個問題的原因是在程式設計的過程中，對於調製訊號產生過程中程式設計思想上有一些缺陷，沒有考慮到由於各種運算執行的時間過長帶來的影響，在程式優化的過程中也存在不足；其次，輸出的正弦波調製訊號出現了略微的底部失真，經分析可能是由於硬體上存在問題，后級運放可能帶負載能力有限。此外，在定時器的設計過程中遇到了一些問題，按鍵掃瞄的時間可能比設定的定時時間長，在程式中呼叫定時中斷的時候掃瞄不到按鍵。這些問題有待我們去學習和解決。
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 ...
正弦訊號發生器設計方案
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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...