先按照最大输出幅值，采用Excel计算正弦波在一个信号周期内的N点的幅值。形成一个数值表。
输出信号时，根据时刻循环获取上述表格的数据，再乘以一个系数，由DA输出，可得到不同幅值的正弦波。
通过改变查表输出的循环周期，可以得到不同频率的正弦波。
至于相位，只有两个以上通道时才有意义。可以在初始化时，将不同通道输出数据在表格中的起始点不同实现。
目 录摘要 I
Abstract II
第1章 绪论 1
1.1 技术背景 1
1.2 正弦信号发生器发展现状 2
1.2.1 DDS的发展现状 3
第2章 系统设计 4
2.1 方案比较与论证 4
2.1.1 信号的产生 4
2.1.2 信号的功率放大 7
2.1.3 系统核心控制部分 7
2.1.4 系统总体方案 8
2.2 DDS的基本结构及工作原理 9
2.3 DDS的优点与不足 10
2.3.1 优点 10
2.3.2 DDS的局限性 11
第3章 硬件电路设计 12
3．1 单片机最小系统电路设计 12
3.2 键盘电路设计 13
3.3 DDS信号发生单元设计 16
3.4 方波的产生 19
3.5 滤波电路设计 20
3.6 后级功率放大部分电路设计 20
3.7 显示电路设计 21
3.8 AM调幅信号的产生 23
第4章 软件设计 25
4.1 键盘功能 25
4.2 软件设计大体思路 25
4.3 软件流程图 25
4.3.4 DDS驱动程序 27
第5章 系统调试 29
5.1 硬件调试 29
5.2 软件调试 29
5.3 软硬联调 29
第6章 误差分析 31
结束语 32
参考文献 33
致 谢 34
附 录 35
正弦信号发生器
摘要：信号发生单元使用专用高集成度DDS芯片AD9851，其精度，准确度和稳定度均很高，波形失真度很小。后级放大电路和功放采用宽带高速运放LM7171和具有功率输出的缓冲器BUF634，因而简化了电路设计，很大程度上提高了系统的带负载能力。控制电路采用单片机STC12C205AD和HD7279来控制键盘。图标菜单式的液晶设计提供了十分友好的人机交互界面，实时响应有效的键盘输入。成功地实现了设计目的，而且各项指标均超过了设计任务书的要求。
论文第1章是绪论部分，介绍了正弦信号发生器在测试系统中的应用、技术发展及趋势。第2章简要介绍DDS原理，从理论上分析了它的优缺点。提出了系统设计方案，并对其进行了比较论证。对数字式信号发生器的设计有一定的帮助。第3、4章介绍了正弦发生器的硬件软件系统设计。第5章是系统的调试。最后一章是系统的误差分析。
关键词：信号发生器，直接数字频率合成，功率放大，液晶
Sine Signal Generator
Abstract: The signal generator introducing the DDS chip AD9851 which is special and high integration, both precision and accuracy stability of which are high, and waveform distortion of which is very small. The later amplifier and power amplifier adopt LM7171 with wide band and high speed voltage feedback, and BUF634 with power output buffer, which simplifies the circuits design and enhances its load ability to a great extent. The control circuit uses STC12C2052AD and HD7279 to control keyboard. The LCD design with icon menu can provide very friendly Human - computer interaction and real-time response to the valid keyboard input. The design is realized successfully, and all the targets are exceeded the designing commission requirement.
Chapter 1 is introduction, introduced the application of sine signal generator to test system and its technological developments and trends. Chapter 2 is about the principle of DDS, analyzing its merits and faults in theory, raising system designing, making comparison and arguing on it. It is of great value in helping designing a digital signal generator. Chapter 3-4 are on hardware software system design. Chapter 5 is about testing. The last chapter is analyzing system error.
Keyword: signal generator, Direct Digital Frequency Synthesis , amplifying power , LCD
第1章 绪论
1.1 技术背景
信号发生器是最重要的测量仪器之一，随着测试对象的多样化和数字技术的进步，信号发生器获得了广泛的应用和快速的发展。正弦信号发生器作为电子技术领域中最基本的电子仪器，广泛应用于航空航天测控、通信系统、电子对抗、电子测量、科研等各个领域中。它能满足测试系统的多种要求，成为了系统综合测试中不可缺少的组成部分。
信号发生的主要实现方法根据实现思路可以分为模拟式和数字式，根据实现方法可以分为直接法、锁相法、直接数字法和混合法四种。
直接法是优点是速度快，相位噪声底，但结构复杂、杂散多。锁相法所采用的锁相频率合成技术在近年发展较快，应用也较广泛，但其频率转换速度不快，电路控制复杂，这使得该技术的应用受到了一定的限制。直接数字法是采用直接数字合成(DDS)的方法实现信号产生。该技术具有频率转换速度快、频率分辨率高、易于控制的突出特点。在信号发生的几种技术当中，直接数字合成技术出现得最晚，但近年来发展得最快。随着大规模集成技术和数模混合信号集成技术的发展，单片集成的DDS芯片纷纷出现，在应用领域内大有后来居上的势头。混合法则是指采用以上方法中的两种及两种以上的方法实现信号发生。
随着现代信息事业的发展，测试对象不断丰富，现代通信系统和电子系统对测试系统提出了越来越高的要求，进而对信号发生器也提出了更高的要求。我们将当前业内对信号发生部件的要求大致归纳为以下四点:
(1)高频谱纯度、宽频带。
随着技术的发展，被测试对象性能指标的提高必然要求测试系统性能相应提高。
(2 ) 快速和多点频率捷变。
为适应电子战的需要，新一代雷达要求能实现多点频率捷变，捷变时间应达到us量级，电子对抗要求0. lus量级。通信则要求频率点非常多。相应测试系统中的信号发生部件也应能实现这些指标。
(3 )系列化、模块化。
电子系统门类繁多，体制各异，其测试系统及测试系统信号发生部件的也应多样化。这将借助于信号发生部件的系列化来实现。同时，为方便测试系统的组建，模块化也是信号发生部件必须具备的特点。
(4 )小型化和工程化。
随着科学技术的不断发展，测试科学与技术学科发生了很大的变化。20世纪90年代以来，在仪器中引入计算更为复杂的人工智能实现智能化测量己经成为一个重要的发展趋势。仪器仪表学科的发展趋势正是在测试系统的各个环节更多、更好地利用数字信号处理技术，使仪器能够在测量过程中取代(或部分取代)测试人员进行复杂而精确的 *** 作，以获得传统方法难以获得的测量结果。
由于数字信号在信号的处理，存贮及传输等方面到都具有独特的优点，因此现代电子测量系统大都采用数字信号处理方法对测试的各环节优化，对信号进行计算和处理，实现测试系统性能的提高。数字信号引入测量系统从根本上提高了测量技术水平，开始了测量技术的新发展。同样，测试激励信号的产生中也大量使用了数字技术，改善了激励信号的性能，提高了测试水平。
在信号发生中使用数字处理技术，基本思路是基于离散数字序列重建连续模拟信号，基本理论是耐奎斯特采样定理数字处理技术则主要集中于离散数字序列的产生环节。离散数字序列的产生通常可以归纳为两种方法，一种是基于波形的方法，即对采样、仿真产生的原始数据进行内插、抽取等 *** 作产生需要的离散数字序列另一种方法为基于特征的方法，即根据信号特征(如:频率成分、各分量幅值及相对相位等)产生离散数字序列。数字处理技术是这两种方法中的核心技术。由于数字处理技术的引入，数字化信号发生硬件基本上缩减为计算机、D/A 变换器和低通滤波器及模拟通道。计算机进行数字处理，得出离散数字序列，由D/A变换器变换为模拟信号最后由低通滤波器滤波，经模拟通道产生出所要求的连续模拟信号
1.2 正弦信号发生器发展现状
随着电子信息技术的发展，对其性能的要求也越来越高，如要求频率稳定性高、转换速度快，具有调幅、调频、调相等功能。
信号源作为一种基本电子设备无论是在教学、科研还是在部队技术保障中，都有着广泛的使用。信号源作为一种通用电子测试仪器是我军进行高科技战争不可缺少的一种测试仪器。因此，从理论到工程对信号的发生进行深入研究，不论是从教学科研角度，还是从部队技术保障服务角度出发都有着积极的意义。随着科学技术的发展和测量技术的进步，对信号源的要求越来越高，普通的信号发生器已无法满足目前日益发展的数字技术领域科研和教学的需要。DDS技术是一种新兴的频率合成技术，他具有频率分辨率极高、频率切换速度快、切换相位连续、输出信号相位噪声低、可编程、全数字化易于集成、体积小、重量轻等优点。 �
根据DDS的特点将其应用于信号源中可以大大提高信号源的分辨率，而且可以有效的降低成本、缩小体积。�
波形发生器是电子系统的心脏，随着科学技术的发展，现代雷达系统和电子对抗系统对信号源的要求越来越高，提高信号源性能已经成为国内和国外工程师的主要方向。DDS是一种全新的频率合成技术，DDS的出现给信号源的研究开创了一个新的纪元，现在这种频率合成已在电子领域得到越来越多的应用。本文在研究DDS基本原理的基础上，完成了波形器的电路设计和编程。用这种方法设计的波形发生器结构简单，造价成本低，而且信号源输出信号的分辨率提高。
1.2.1 DDS的发展现状
DDS是直接数字合成(Direct Digital Synthesis)的英文缩写。
1971年，Tierhey等人撰写的《数字频率合成》一文中第一次提出了DDS的概念。AD (Analog Devices)公司所推出的《DDS手册》(<ATechnical Tutorial on Digital Signal Synthesis>)中对DDS技术这样定义道：DDS是一种根据固定频率的精密时钟源、利用数字处理电路以产生频率和相位可调的输出信号的技术。
1993年，LawrenceJ.Kushner提出了一种新型复合式DDS结构。它由一个低速高分辨率的DDS和一个高速、低分辨率的相位累加器构成，其中低速部分提供了DDS的细调，高速部分提供粗调。复合式DDS具有高速、低功耗特点。
1993年，Nathalic,Caglio等人介绍了一种时钟频率为1.25GHz的连续波调频(FM-CW)GaAs-DDS，它由一个双相位累加器和一个单片数模正弦转换器构成。
1994年 ，LOKe,Kun,Tan等人介绍了利用正弦和余弦的对称性改进存储技术，使之在不增加ROM的容量下，实现200MHz正交输出DDS的方法。
Tierney等人提出了降低杂散的两种方法，即单象限正弦波形存储法和改进的查表算法。Sunderland在改进的查表算法基础上建立了一种非常有效的压缩存储查表法，称为Sunderland结构。
短短的二十多年中，随着理论的不断完善和集成工艺技术的发展，DDS已实现商品化。各大公司在此领域投入了大量的人力、物力，不断的推出DDS产品。Qual-Comm, AD公司推出了系列DDS产品，如Q233X系列、AD9955和AD985X系列等。美国Stanford公司生产了时钟频率达IGHz的GaAs-DDS器件STEL-2171。 Sciteq公司推出的ADS-43X系列，时钟频率高达1.6GHz，两路正交输出，带宽为400MHz,跳频时间小于30ns，杂散优于一45dBc，相位噪声L(IkHz) -I00dBc/Hz。极细微步长、极短的跳频时间是DDS特有的品质；相位截取及幅度量化引入的杂散是DDS固有的噪声。随着超高速Si, GaAs器件的发展，DDS输出带宽的限制正在逐渐被克服。杂散则由DDS自身特点所决定而不可避免，成为限制DDS应用的主要因素。
第2章 系统设计
2.1 方案比较与论证
通过分析，系统主要由三部分组成：
1. 信号产生单元
2. 信号功率放大单元
3. 系统控制单元
2.1.1 信号的产生
【方案一】：采用单片的函数发生器MAX038发生正弦波。
MAX038是美国MAXIM 公司生产的高频,高精度,低输出电阻,驱动能力强(20mA) 的函数信号发生器芯片。
(1) MAX038主要电气性能
工作频率范围：0. 1 Hz～20 MHz
频率扫描范围：375：1
输出电阻：0.1 Ω
非线性失真：小于0. 75 %
温度系数：200 ppm/ ℃
输出波形：正弦波,三角波,锯齿波,方波,脉冲波,占空比可调
输出幅度：Vp-p = 2V
虽然MAX038可以实现题目的频率范围要求，但是由于MAX038的参数与外围的电阻电容有关，而分散的电阻电容将严重影响单片函数发生器的频率稳定度、精度、抗干扰能力。同时必需增加复杂的外围电路对信号进行调制。
【方案二】：采用高性能专用集成DDS芯片
DDS技术很早就提出了，只是由于当年的技术受限无法实现。随着科技的高速发展，高性能专用集成DDS芯片不断出现。常见的DDS芯片包括AD9850,AD9851,AD9854,AD9954等等，但是由于芯片已经固化了其特定功能，对于不同的应用灵活性要差很多。例如如果要产生AM波，就必须外接模拟乘法器。而对于功能很强的AD9954而言，价格又十分昂贵，产生题目要求的AM波需要高速的数据接口且很难实现，仍然需要外接乘法器。对于上面提到的DDS原理，基于ROM的查询表法指在ROM中存储完整或部分的正弦信号,相位累加器的输出作为读取ROM
欢迎分享，转载请注明来源：内存溢出
微信扫一扫
支付宝扫一扫
评论列表（0条）