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。整個系統結構緊湊，電路簡單，功能強大，可擴充套件性強。
關鍵詞：正弦訊號；引數設計；數字
目錄引言1
第1章比較 2
1.1 正弦訊號輸出方案 2
1.1.1 方案一 2
1.1.2 方案二 2
1.1.3 方案論證 2
1.2 訊號調製方案 2
1.2.1 方案一 2
1.2.2 方案二 3
1.2.3 方案三 3
1.2.4 方案四 3
1.3 方案論證 4
第2章總體設計 5
第3章理論分析與引數設計 6
3.1載頻引數計算 6
3.2 m調製引數設計 6
3.3 ask/psk調製引數設計 7
3.4 濾波電路引數計算 7
3.5 放大電路引數計算 7
第4章擴充套件創新設計 8
4.1 單片fpga實現雙路正弦訊號發生器 8
4.2 擴充套件外部調製方式 8
第5章軟體設計 9
5.1 設計目的 9
5.2 設計思路 9
第6章程式邏輯設計 10
6.1 邏輯 10
6.2 電路設計 11
6.2.1 控制模組 11
6.2.2 訊號產生模組 11
6.2.3 dac模組 11
6.2.4 濾波部分 11
6.3 除錯 12
結論 13
致謝 14
正弦訊號源是一種廣泛應用的訊號源,對它的要求也隨著技術的發展越來越高。傳統的正弦訊號發生器往往在低頻輸出時的頻率的穩定度和精度等指標都不高。我們知道為了獲得高頻率穩定度的訊號源，往往採用鎖相環實現，但這種方法電路複雜、體積龐大。
近年來，dds技術由於具有容易產生頻率快速轉換、解析度高、相位可控的訊號,這在電子測量、雷達系統、調頻通訊、電子對抗等領域得到了十分廣泛的應用。為此，本文將討論設計簡易的正弦訊號發生器，它具有外圍元器件少，電路實現簡單，可以不需要外部微處理器的特點。
根據題目要求，基本部分需要實現正弦波訊號發生，而發揮部分主要需要實現訊號調製。
採用專用訊號發生器。max038是美信公司的低失真單片訊號發生器積體電路，內部電路完善。使用該晶元，設計簡單，可以生成同一頻率訊號的各種波形訊號，但頻率精確度和穩定度都難以達到要求。
採用直接數字合成（direct digital synthesizer）方案。dds 的原理框圖如圖2-1所示。
圖1-1 dds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。
從題目要求來看，上述兩種方案都可以滿足題目合成頻率範圍的要求，但訊號發生器產生的頻率穩定度、精確度都不如dds合成的頻率；另一方面，dds較訊號發生器更容易精確控制，所以我們選擇dds方案進行頻率合成。
採用ad公司的dds專用晶元ad9851合成fm和am的載波，採用傳統的模擬調製方式來實現am和fm調製。但這種方案的缺點是需要額外的模擬調製fm和am調製的電路，且模擬調製電路難免引入一定的干擾，而且此方案中psk的調製也不好實現。
採用ad9851合成fm和am的載波，將fm調製訊號離散化形成數碼訊號，使fm調製的頻率偏移通過改變ad9851的頻率字來實現。這種設計方案減少了fm調製過程中引入的干擾，也大大簡化了fm調製電路的設計。但是am調製還是需要模擬乘法器，而psk的調製也需要額外的電路。
採用ad公司的ad9856作為調製晶元。ad9856是內含dds的正交調製晶元，可以實現多進製的數字幅度調製，多進製的數字相位調製和和多進製的數字幅度相位聯合調製。am，psk和ask調製都可以通過它實現。
但是ad9856不便於調頻，且控制複雜。
採用fpga＋dac來實現dds。這樣通過fpga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fpga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fpg**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。但是此方案由於受到fpga介面速度和dac轉換速度的約束，載頻只能做到15m左右。
表1-1 訊號調製方案比較表
上述方案中，方案四的電路最為精簡，調製效能也最好。雖然載頻只能做到15m，但是已經達到了本題發揮部分的指標要求，所以選擇方案四來實現訊號的調製。
總體設計：
（1） 系統框圖如下圖2-1所示：
圖2-1 系統框圖
（2） 微控制器小系統
微控制器小系統由鍵盤，lcd顯示屏，和凌陽微控制器spec061a構成。負責使用者的互動和整個系統的控制。
（3） dds及調製電路模組
dds及調製電路模組由fpga和dac構成。fpga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。
（4） 濾波及放大電路
濾波電路是採用美信的高速運放max4108設計的乙個有源二階低通濾波器，用以去除dds合成訊號固有的高次諧波成分，同時有2倍放大器的功能。訊號放大電路採用ad公司的高速運放ad811，使輸出訊號的幅度能達到發揮部分的要求（vopp在5v～7v之間）。
（5） 電源設計
高速dac對模擬數字地之間的串擾十分敏感。模擬數字地之間的串擾對dac輸出訊號的波形影響很大。故本系統採用乙個線性電源對模擬電路供電，採用乙個開關電源對數位電路供電，模擬地和數字地之間通過乙個磁珠相連。
這種設計實現了模擬數位電路盡可能大的隔離。實踐證明，數字部分和模擬部分獨立供電對訊號質量有很大的改善作用。
本題要求：輸出頻率範圍是1khz～10mhz，頻率步進是100hz，頻率穩定度優於10-4，訊號波形無明顯失真。
要求dds合成的訊號波形無明顯失真，那麼一般要求乙個訊號週期內要插值16個點，而合成頻率最高要求為10m，那麼需要的fpga和dac介面資料傳送率為：
10m × 16 ＝ 160 mword/s
這種資料傳輸率有一定風險，由於高速訊號的不完整性，可能導致dac資料錯誤。為解決波形失真和傳輸率間的矛盾，我們選擇了max5858a，它是雙路10位300msps dac，內部含有4x/2x/1x的插值低通濾波電路。在其最大輸出速率時，如果使用其4x插值，則資料傳輸率為：
300mword/s ÷ 4 ＝ 75mword/s
dds輸出的正弦波每秒鐘有75m個插值點，並在dac內部完成4階插值和數字低通濾波，最後轉化成實際電壓輸出。這樣既抑制了高頻段輸出正弦波訊號可能的失真，又降低了資料介面的傳輸速率，提高了系統可靠性。
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
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...
正弦訊號發生器設計方案 FPGA
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...