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正弦波調(diào)制信號發(fā)生器設(shè)計(jì)-畢業(yè)論-資料下載頁

2025-06-05 08:18本頁面
  

【正文】 DREF 22 輸出 AD參考電壓 (由內(nèi)部 ADC產(chǎn)生 ) VDD 5,69 輸入 邏輯電源的正向電壓 VSS 10,26,71 輸入 邏輯電源和 IO口的參考地 VDDIO 37,38,56 輸入 IO端口的正向電壓管腳 VSSIO 35,36,48 輸入 IO端口的參考地 AVDD 24 輸入 模擬電路( A/D、 D/A和 2V穩(wěn)壓源)正向電壓 AVSS 15 輸入 模擬電路( A/D、 D/A和 2V穩(wěn)壓源)參考地 RESET 68 輸入 低電平有效的復(fù)位管腳 SLEEP 49 輸出 睡眠模式 (高電平激活 ) ICE 7 輸入 激活 ICE(高電平激活 ) ICECLK 8 輸入 ICE串行接口時(shí)鐘管腳 ICESDA 9 輸入輸出 ICE串行接口數(shù)據(jù)管腳 TEST 3 輸入 測試模式時(shí)接高電平,正常模式時(shí)接地 GND或懸浮 ROMT 47 輸入 測試閃爍存儲器,正常模式時(shí)懸浮 N/C 55 輸入 正常使用時(shí)接地 N/C 4 輸入 正常使用時(shí)接地 N/C 6 輸入 正常使用時(shí)接地 PFUSE,PVIN 20,11 輸入 程序保密設(shè)定腳。用戶慎重使用。 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)的存儲要求 CPU 時(shí)鐘頻率高達(dá) ,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XX 工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)論文 第三章 18 調(diào)制信號的要求;一片凌陽 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。而且凌陽單片機(jī)具有 C語言風(fēng)格的匯編語言,有與標(biāo)準(zhǔn) C 兼容的 C 語言, C 語言函數(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)更加簡單。 正弦信號發(fā)生器 采用了直接數(shù)字頻率合成技術(shù),可采用 ADI 公司的 DDS 集成芯片 AD9850。 AD9850是 AD 公司生 頻率 合成器,主要由可編程 DDS 系統(tǒng)、產(chǎn)的最高時(shí)鐘為 125 MHz、采用先進(jìn)的 CMOS 技術(shù)的直接高性能模數(shù)變換器( DAC)和高速比較器 3部分構(gòu)成,能實(shí)現(xiàn)全數(shù)字編程控制的頻 率合成。 圖 33 AD9850 的原理框圖 AD9850內(nèi)含可編程 DDS 系統(tǒng)和高速比較器,可實(shí)現(xiàn)全數(shù)字編程控制的頻率合成??删幊?DDS 系統(tǒng)的核心是相位累加器,由一個(gè)加法器和一個(gè) N位相位寄存器組成, N 一般為 24~ 32。每來一個(gè)外部參考時(shí)鐘,相位寄存器便以步長 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)地址對應(yīng)正弦波中 0176。~ 360176。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,然后驅(qū)動(dòng) DAC 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)XX 工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)論文 第三章 19 地正弦查詢表。 每經(jīng)過一個(gè)循環(huán)也回到初始位置,從而使整個(gè) DDS 系統(tǒng)輸出一個(gè)正弦波。輸出的正弦波頻率為: Ncout fMf 2?? ( 31) cf 為外部參考時(shí)鐘頻率。 AD9850有 40位控制字, 32位用于頻率控制(低 32位), 5位用于相位控制, 1位用于電源休眠 ( Powerdown) 控制, 2位用于選擇工作方式。這 40 位控制字可通過并行或串行方式輸入到 AD9850。 在并行裝入方式中,通過 8 位總線 D0D7將數(shù)據(jù)輸入到寄存器,在 W CLK 的上升沿裝入 8位數(shù)據(jù),并把指針指向下一個(gè)輸入寄存器,在重復(fù) 5次之后再在 FQUD 上升沿把 40位數(shù)據(jù)從輸入寄存器裝入到頻率 /相位數(shù)據(jù)寄存器 (更新 DDS 輸出頻率和相位 ) ,同時(shí)把地址指針復(fù)位到第一個(gè)輸入寄存器。 AD9850的復(fù)位 (RESET) 信號為高電平有效,且脈沖寬度不小于 5 個(gè)參考時(shí)鐘周期。 AD9850的參考時(shí)鐘頻率一般遠(yuǎn)高于單片機(jī)的時(shí)鐘頻率(本人所用為單片機(jī) 89C51,使用 12M 晶振),因此 AD9850 的復(fù)位 (RESET)端可與單片機(jī)的復(fù)位端直接相連。 圖 34 AD9850引腳圖 AD9850 系統(tǒng)時(shí)鐘的最高頻率可達(dá) 180MHz。為了提高系統(tǒng)的電磁兼容能力,AD9850 內(nèi)部集成了一個(gè) 6 倍頻器,降低了所需外接時(shí)鐘頻率。若外部介入的參考頻率選用 20MHz,則經(jīng) AD9850 內(nèi)部 6 倍頻后,系統(tǒng)時(shí)鐘頻率相當(dāng)于 120MHz。XX 工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)論文 第三章 20 由頻率合成公式可計(jì)算出,在此時(shí)鐘下 的輸出頻率分辨率為: 3260 210120 ???f Hz= ( 32) 最大輸出頻率為系統(tǒng)時(shí)鐘頻率 120MHz,遠(yuǎn)超出本題 100Hz 的步進(jìn)值,1kHz~ 10MHzs 的要求。 AD9851 內(nèi)部有 5 個(gè) 8 位輸入數(shù)據(jù)寄存器,其中 32 位用于裝載頻率控制字FSW。時(shí)序通過對 32 位控制字的賦值可精確控制最終合成的信號頻率 fo。 FSW與 fo 之間的轉(zhuǎn)換公式為: FSWff ??? 00 ( 33) 其中方波信號可由 AD9850 芯片產(chǎn)生的正弦信號經(jīng)內(nèi)部高速比較器便可得到,至于三角波信號可由方波信號經(jīng)積分器積分后即可得到。 圖 35 AD9850 的組成框圖 本設(shè)計(jì)中 40 位控制字通過串行方式送入 AD9850。系統(tǒng)工作時(shí),單片機(jī)按照用戶要求輸出不同的命令控制字,控制 AD9850 產(chǎn)生不同的正弦波( 1KHz10MHz),經(jīng)放大后輸出正弦波。 串行輸入時(shí) AD9850 40 位控制字的產(chǎn)生方法 : 每一個(gè) CLK 時(shí)鐘上升沿,由控制字輸入口的第 8位( 25 管腳)移入 1 位控制位(低位先移入), 40個(gè) WCLK 移位時(shí)鐘后, FQUD 脈沖的上升沿更新輸出頻率,頻率控制字由下式?jīng)Q定 322)( C L KOUT fP hasef ?? (34) 其中 fOUT 為 AD9850 輸出的頻率, Phase? 為 32b 的頻率控制字, fCLK 為系統(tǒng)時(shí)鐘頻 率。 XX 工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)論文 第三章 21 AM/FM 調(diào)制 模塊 調(diào)制:用信號 m(t)去控制載波 s(t)的某一個(gè) (或幾個(gè) )參數(shù),使之按 m(t) 的規(guī)律而變化調(diào)制:用信號 m(t)去控制載波 s(t)的某一個(gè) (或幾個(gè) )參數(shù),使之按 m(t) 的規(guī)律而變化。調(diào)制的目的是提高頻率以便發(fā)射、提高系統(tǒng)的性能、有效利用頻帶。 圖 36 調(diào)制過程圖 1. AM調(diào)制 定義 :用信號 m(t)去控制載波 s(t)的振幅,使已調(diào)波的包絡(luò)按照 m(t)的規(guī)律線性變化。 )θωc o s()( 000 ?? tAts (35) 其中 A0是載波振幅, 0? 是載波角頻率, 0? 是載波起始相位。 AM信號表達(dá)式: 已調(diào)波為 )θωc o s ()]([)( 000 ??? ttmAts AM (36) 載波 調(diào)制信號 XX 工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)論文 第三章 22 已調(diào)波 圖 37 AM調(diào)制過程圖 圖 38 AM產(chǎn)生的數(shù)學(xué)模型 2. FM調(diào)制 用調(diào)制信號 m(t)去控制載波 s(t)的頻率, 頻率調(diào)制就是載波的振幅保持不變,瞬時(shí)頻率與調(diào)制信號呈線性關(guān)系 )()( tmKt FcFM ?? ?? (37) 式中 c? 為未調(diào)載波頻率; KF為為調(diào)頻靈敏度。 得 FM波的時(shí)域表示式為 ?????? ?? ? ?? dttmKtAts tFcFM )(c o s)( ? (38) 若調(diào)制信號為單一頻率的正弦波,即 tAtm mm ?cos)( ? (39) 則 FM波的表示式為 XX 工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)論文 第三章 23 ? ?tmtAtAKtAdttAKtAtsmfcmmmFctmmFcFM?????????s i nc o ss i nc o sc o sc o s)(00????????? ????????? ?? ??? (310) 本設(shè)計(jì)中, AM 信號采用模擬調(diào)制。將 AD9850 產(chǎn)生的載波信號和由 文氏電橋 產(chǎn)生的 1kHz調(diào)制信號加到乘法器上。單片機(jī)根據(jù)外部調(diào)制度 ma,給出不同的地址值,使 4051(1)選通不同的通道,接通不同阻值與 R0 構(gòu)成分壓電路,從而改變 載波的電壓幅值,產(chǎn)生 AM 信號。 圖 39 調(diào)制度 ma 的實(shí)現(xiàn) 調(diào)制度 ma 參數(shù)計(jì)算: 若文氏電橋產(chǎn)生的電壓幅值為 , AD9850為 500mv。則調(diào)制度的計(jì)算公式如下: ma=( Vs/2) /( V0/2) = Vs / V0=Vs/500 mv ( 311) Vs= ma179。 500 mv=R0/(R0 +R)179。 V ( 312) 其中: Vs 為輸入信號幅值, V0 為載波的幅值。 1kHz 調(diào)制信號由 文氏電橋 產(chǎn)生的 ,其電 路圖如圖 310 所示。 XX 工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)論文 第三章 24 圖 310 1KHz 正弦信號發(fā)生器電路圖 電路中, R1,C1組成電橋的一個(gè)臂。 R3,D1,D2與 W1組成電橋的另外兩臂,起穩(wěn)定作用。適當(dāng)?shù)恼{(diào)節(jié) W1,可以得到波形失真小,且工作穩(wěn)定的輸出波形。R3是為了克服二極管死區(qū)而設(shè)的。由于振蕩器的輸出阻抗比較高,直接連在負(fù)載上會(huì)影響它的正常工作。圖中 A2作為同相放大器接到振蕩器的輸出端,振蕩信號從 A2的輸出端引出,輸出信號幅度由 W2調(diào)整。 FM信號由單片機(jī)實(shí)現(xiàn)?;?FM原理,根據(jù)調(diào)頻信號變化的規(guī)律采用數(shù)字方式 控制 DDS正弦波發(fā)生器的頻率控制字,直接作用于輸出波形的頻率值,即實(shí)現(xiàn)了對載波的頻率的調(diào)制,該方式下, DDS調(diào)制信號輸出波形頻率與調(diào)制信號頻率控制字成正比,而載波信號頻率控制字又隨調(diào)制信號成正比例變化。利用單片機(jī)內(nèi)部 2kHZ 的時(shí)基中斷,每兩個(gè)中斷為一個(gè)周期( 1kHZ),第 1個(gè)中斷輸出載頻( 100kHZ~10MHZ),第 2個(gè)中斷促使 AD9850 輸出載頻減去頻偏的值,便獲得 FM信號。其中載波的頻率通過鍵盤進(jìn)行設(shè)置,頻率控制字的二進(jìn)制碼事先算好并存儲,用來 FM信號直接調(diào)用。 圖 311 FM 調(diào)頻原理框圖 調(diào)制信號 FM 已調(diào) 載波信號 頻率控制字 調(diào)制信號頻率 控制字 DDS調(diào)制信號 調(diào)制后 的頻率 控制字 控制字 產(chǎn)生器 DDS 載波信號 XX 工業(yè)大學(xué)本科畢業(yè)論文 第三章 25 基帶序列產(chǎn)生模塊 由單片機(jī)產(chǎn)生的脈沖信號送入 74LS165 時(shí)鐘輸入端,再由它本身帶預(yù)置功能的移位寄存器循環(huán)移位即可獲得 10Kbps 二進(jìn)制基帶序列信號。 ASK、 PSK 信號產(chǎn)生模塊 ASK、 PSK 采用數(shù)字鍵控的產(chǎn)生方法,圖 312 和圖 313 分別是他們實(shí)現(xiàn)的原理框圖 。 圖 312 ASK 信號調(diào)制原理框圖 圖 313 PSK 信號調(diào)制原理框圖 ASK/PSK 信號由圖 314所示電路原理圖產(chǎn)生。工作時(shí)將 AD9850 產(chǎn)生的正弦波信號引出兩路,一路直接輸入 4051( 2),另一路經(jīng)倒相器后輸入 4051(2),根據(jù) 10kbps的碼元選通 4051不同的通道以輸出 ASK信號。輸出 ASK信號時(shí)一路接收 AD9850 產(chǎn)生的正弦波信號,一路接地, 4051根據(jù) 10kbps的碼元選通不同的通道以實(shí)現(xiàn) PSK
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