【正文】 能。 國(guó)內(nèi)外波形發(fā)生器產(chǎn)品比較早在1978年，由美國(guó)Wavetek公司和日本東亞電波工業(yè)公司公布了最高取樣頻率為5 MHz，可以形成256點(diǎn)(存儲(chǔ)長(zhǎng)度)波形數(shù)據(jù)，垂直分辨率為8bit，主要用于振動(dòng)、 醫(yī)療、材料等領(lǐng)域的第一代高性能信號(hào)源，經(jīng)過(guò)將近30年的發(fā)展，伴隨著電子元器件、電路、及生產(chǎn)設(shè)備的高速化、高集成化，波形發(fā)生器的性能有了飛速的提高。波形操作方法的好壞，是由波形發(fā)生器控制軟件質(zhì)量保證的，編輯功能增加的越多，波形形成的操作性越好。表11 一些波形發(fā)生器的性能指標(biāo)公司TektronixTektronix橫河電機(jī)Wavetek型號(hào)AG320AWG710AG5100295最高采用頻率16MS/s4GMS/s1GMS/s50GMS/s通道數(shù)2224垂直分辨率12bit8bit8bit12bit存儲(chǔ)容量64k8M8M64k輸出電壓10V2V15V 本課題在國(guó)內(nèi)外的研究現(xiàn)狀二十一世紀(jì)，隨著集成電路技術(shù)的高速發(fā)展，出現(xiàn)了多種工作頻率可過(guò)GHz 的DDS芯片，同時(shí)也推動(dòng)了函數(shù)波形發(fā)生器的發(fā)展，2003年，Agilent的產(chǎn)品33220A能夠產(chǎn)生17種波形，最高頻率可達(dá)到20M，2005年的產(chǎn)品 N6030A 能夠產(chǎn)生高達(dá)500MHz 的頻率。對(duì)目前而言，國(guó)外(美)研究和使用的信號(hào)發(fā)生器大多要求頻率在106 Hz50MHz，產(chǎn)生正弦、三角、鋸齒、方波、調(diào)幅、直流等波形，而國(guó)內(nèi)則對(duì)頻率在5103 Hz40MHz，能產(chǎn)生正弦、三角等基本波形已經(jīng)調(diào)幅、調(diào)頻、TTL 等的信號(hào)發(fā)生器需求大。主要由主控制器模塊、正弦信號(hào)發(fā)生模塊、AM調(diào)幅電路模塊、FM調(diào)頻電路模塊、放大模塊和人機(jī)界面模塊構(gòu)成。第二章主要對(duì)正弦波信號(hào)發(fā)生器和DDS作了詳細(xì)介紹，并基于此提出了整體設(shè)計(jì)方案。第四章主要介紹了正弦波調(diào)制信號(hào)發(fā)生器的系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì)和仿真結(jié)果分析。常用于科研、生產(chǎn)、維修和實(shí)驗(yàn)中。 正弦波發(fā)生器的分類和功能正弦信號(hào)發(fā)生器：正弦信號(hào)主要用于測(cè)量電路和系統(tǒng)的頻率特性、非線性失真、增益及靈敏度等。 低頻信號(hào)發(fā)生器 包括音頻（200～20000赫）和視頻（1赫～10兆赫）范圍的正弦波發(fā)生器。為便于測(cè)試系統(tǒng)的頻率特性，要求輸出幅頻特性平和波形失真小。一般采用 LC調(diào)諧式振蕩器，頻率可由調(diào)諧電容器的度盤刻度讀出。輸出信號(hào)可用內(nèi)部或外加的低頻正弦信號(hào)調(diào)幅或調(diào)頻，使輸出載頻電壓能夠衰減到1微伏以下。此外，儀器還有防止信號(hào)泄漏的良好屏蔽。信號(hào)通常由帶分布參數(shù)諧振腔的超高頻三極管和反射速調(diào)管產(chǎn)生，但有逐漸被微波晶體管、場(chǎng)效應(yīng)管和耿氏二極管等固體器件取代的趨勢(shì)。簡(jiǎn)易信號(hào)源只要求能加1000赫方波調(diào)幅，而標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)發(fā)生器則能將輸出基準(zhǔn)電平調(diào)節(jié)到1毫瓦，再?gòu)暮箅S衰減器讀出信號(hào)電平的分貝毫瓦值；還必須有內(nèi)部或外加矩形脈沖調(diào)幅，以便測(cè)試?yán)走_(dá)等接收機(jī)。在高頻和甚高頻段用低頻掃描電壓或電流控制振蕩回路元件（如變?nèi)莨芑虼判揪€圈）來(lái)實(shí)現(xiàn)掃頻振蕩；在微波段早期采用電壓調(diào)諧掃頻，用改變返波管螺旋線電極的直流電壓來(lái)改變振蕩頻率，后來(lái)廣泛采用磁調(diào)諧掃頻，以YIG鐵氧體小球作微波固體振蕩器的調(diào)諧回路，用掃描電流控制直流磁場(chǎng)改變小球的諧振頻率?！　? 頻率合成式信號(hào)發(fā)生器 這種發(fā)生器的信號(hào)不是由振蕩器直接產(chǎn)生，而是以高穩(wěn)定度石英振蕩器作為標(biāo)準(zhǔn)頻率源，利用頻率合成技術(shù)形成所需之任意頻率的信號(hào)，具有與標(biāo)準(zhǔn)頻率源相同的頻率準(zhǔn)確度和穩(wěn)定度。頻率除用手動(dòng)選擇外還可程控和遠(yuǎn)控，也可進(jìn)行步級(jí)式掃頻，適用于自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)。用得較多的間接式頻率合成器是利用標(biāo)準(zhǔn)頻率源通過(guò)鎖相環(huán)控制電調(diào)諧振蕩器（在環(huán)路中同時(shí)能實(shí)現(xiàn)倍頻、分頻和混頻），使之產(chǎn)生并輸出各種所需頻率的信號(hào)。 直接數(shù)字頻率合成器 DDS的基本結(jié)構(gòu)DDS包括數(shù)字器件與模擬器件兩部分，主要由頻率控制字、相位累加器、正弦查詢表、數(shù)/模轉(zhuǎn)換器和低通濾波器組成，其基本框圖如圖21所示。DDS系統(tǒng)的核心是相位累加器，它由N位加法器與N位相位寄存器構(gòu)成，類似于一個(gè)簡(jiǎn)單的計(jì)算器。相位累加器進(jìn)入線性相位累加，累加至滿量程時(shí)產(chǎn)生一次計(jì)數(shù)溢出，這個(gè)溢出頻率即為DDS的輸出頻率。范圍的一個(gè)相位點(diǎn)。低通濾波器平滑并濾除不需要的取樣分量，以便輸出頻譜純凈的正弦波信號(hào)。一個(gè)正弦信號(hào)可以由振幅、頻率及初始相位惟一確定。為更好地分析起見(jiàn)，這里設(shè)振幅A為初始相位θ0為0。由的表達(dá)式，可知不同頻率在相同時(shí)間T內(nèi)的相位增量是不同的，且它們是一一對(duì)應(yīng)的關(guān)系。 對(duì)于計(jì)數(shù)容量為2N相位累加器和具有M個(gè)相位取樣點(diǎn)的正弦波波形存儲(chǔ)器，若頻率控制字為K，輸出信號(hào)頻率為，參考時(shí)鐘頻率為，則DDS系統(tǒng)輸出信號(hào)的頻率為： 輸出信號(hào)頻率的頻率分辨率為 （24）由奈奎斯特采樣定理可知，DDS輸出的最大頻率為 （25）頻率控制字可由以上公式推出： （26）通常，相位累加器位數(shù)較大，例如N=32或48，故用DDS技術(shù)能得到較高的頻率分辨率。它的特點(diǎn)主要有以下幾點(diǎn)： 1． DDS可以產(chǎn)生極高的頻率 DDS工作在300MHz的時(shí)鐘下，根據(jù)采樣定理，DDS的最高輸出頻率應(yīng)小于采樣時(shí)鐘頻率的1/2，在實(shí)際應(yīng)用中，考慮到低通濾波器的非線性影響，因此，一般能達(dá)到的40％，頻率很高，完全能滿足設(shè)計(jì)要求中的高頻率要求。由公式 (27)可推導(dǎo)出DDS的分辨率決定于相位累加器的字長(zhǎng)和參考時(shí)鐘頻率，只要相位累加器的字長(zhǎng)M足夠長(zhǎng)，DDS的分辨率可以達(dá)到足夠高。 3． DDS具有極短的頻率轉(zhuǎn)換時(shí)間 DDS是一個(gè)開環(huán)系統(tǒng)，無(wú)任何反饋環(huán)節(jié)，頻率轉(zhuǎn)換時(shí)間主要由LPF附加的時(shí)延來(lái)決定。目前，DDS的調(diào)諧時(shí)間一般在ns量級(jí)，比使用其它的頻率合成方式都要短幾個(gè)數(shù)量級(jí)。根據(jù)奈奎斯特定理，理論上DDS輸出的上限頻率為，fc是參考時(shí)鐘頻率，即采樣頻率。 5．DDS具有相位連續(xù)性變化 DDS工作時(shí)，改變頻率控制字K，就可以改變它的輸出頻率，但從其工作原理來(lái)看，改變K的實(shí)質(zhì)是改變了信號(hào)的相位增長(zhǎng)速率，而輸出信號(hào)的相位是連續(xù)的。 DDS的應(yīng)用 DDS問(wèn)世之初，構(gòu)成DDS元器件的速度的限制和數(shù)字化引起的噪聲，這兩個(gè)主要缺點(diǎn)阻礙了DDS的發(fā)展與實(shí)際應(yīng)用。隨著這種頻率合成技術(shù)的發(fā)展，其已廣泛應(yīng)用于通訊、導(dǎo)航、雷達(dá)、遙控遙測(cè)、電子對(duì)抗以及現(xiàn)代化的儀器儀表工業(yè)等領(lǐng)域。利用DDS具有的快速頻率轉(zhuǎn)換、連續(xù)相位變換、精確的細(xì)調(diào)步進(jìn)的特點(diǎn)，將其與簡(jiǎn)單電路相結(jié)合就構(gòu)成精確模擬仿真各種信號(hào)的最佳方式和手段。例如它可以模擬各種各樣的神經(jīng)脈沖之類的波形，重現(xiàn)由數(shù)字存儲(chǔ)示波器（DSO）捕獲的波形。 現(xiàn)代通信技術(shù)中調(diào)制方式越來(lái)越多，BPSK、QPSK、MSK都需要對(duì)載波進(jìn)行精確的相位控制。一個(gè)32位的相位累加器可產(chǎn)生43億個(gè)離散的相位電平，而相位精度可控制在8103度的范圍內(nèi)，因此，在轉(zhuǎn)換頻率時(shí)，只要通過(guò)預(yù)置相位累加器的初始值，即可精確地控制合成信號(hào)的相位，很容易實(shí)現(xiàn)各種數(shù)字調(diào)制方式。在一個(gè)PLL中保持適當(dāng)?shù)姆诸l比關(guān)系，可以將DDS的高頻率分辨率及快速轉(zhuǎn)換時(shí)間特性與鎖相環(huán)路的輸出頻率高、寄生噪聲和雜波低的特點(diǎn)有機(jī)地結(jié)合起來(lái)，從而實(shí)現(xiàn)更為理想的DDS＋PLL混合式頻率合成技術(shù)。另外，只要在DDS的波形存儲(chǔ)器存放不同波形數(shù)據(jù)，就可以實(shí)現(xiàn)各種波形輸出，如三角波、鋸齒波和矩形波甚至是任意的波形。5．其他優(yōu)點(diǎn)由于DDS中幾乎所有部件都屬于數(shù)字電路，易于集成，功耗低、體積小、重量輕、可靠性高，且易于程控，使用相當(dāng)靈活，因此性價(jià)比極高。頻率控制寄存器可以串行或并行的方式裝載并寄存用戶輸入的頻率控制碼；而相位累加器根據(jù)頻率控制碼在每個(gè)時(shí)鐘周期內(nèi)進(jìn)行相位累加，得到一個(gè)相位值；正弦計(jì)算器則對(duì)該相位值計(jì)算數(shù)字化正弦波幅度（芯片一般通過(guò)查表得到）。另外，有些DDS芯片還具有調(diào)幅、調(diào)頻和調(diào)相等調(diào)制功能及片內(nèi)D/A變換器（如AD7008）。如圖22 所示。AD9850產(chǎn)生的載波信號(hào)和經(jīng)單片機(jī)控制的4051(1)選通的1 KHz的調(diào)制信號(hào)加載到乘法器，從而輸出輸出AM信號(hào)。AD9850產(chǎn)生的正弦波引出兩路，一路直接輸入4051(2)，另一路經(jīng)倒向器輸出4051(2)，根據(jù)由單片機(jī)控制的10kbps的碼元選通4051(2)不同的通道輸出ASK信號(hào)和PSK信號(hào)。主要由主控制器模塊、正弦信號(hào)發(fā)生模塊、AM調(diào)幅電路模塊、FM調(diào)頻電路模塊、輸出放大模塊和人機(jī)界面模塊構(gòu)成。SPCE061A 是繼μ’nSP?系列產(chǎn)品SPCE500A等之后凌陽(yáng)科技推出的又一個(gè)16位結(jié)構(gòu)的微控制器。較高的處理速度使μ’nSP?能夠非常容易地、快速地處理復(fù)雜的數(shù)字信號(hào)。 1． 性能： u 16位μ’nSP?微處理器； u 工作電壓(CPU) ~ (I/O) ~ u CPU時(shí)鐘：~ ； u 內(nèi)置2K字SRAM； u 內(nèi)置32K FLASH； u 可編程音頻處理； u 晶體振蕩器。 2．結(jié)構(gòu)概覽 圖31 SPCE061A的結(jié)構(gòu)圖 SPCE061A有PLCC84和QFP80兩種封裝。QFP80封裝的在引腳方面只是比PLCC84封裝的少了4個(gè)空腳。 圖32 SPCE061A LQFP80封裝引腳排列圖 表31 SPCE061A管腳描述管腳名稱 管腳編號(hào) 類型 描述 IOA[15:8] 46~39 輸入輸出 IOA[15:8]：雙向IO端口 IOA[7:0] 34~27 輸入輸出 IOA[7:0]：通過(guò)編程，可設(shè)置成喚醒管腳 IOA[6:0]：與ADC Line_In輸入共用 IOB[15:11] IOB10 IOB9 IOB8 IOB7 IOB6 IOB5 IOB4 IOB3 IOB2 IOB1 IOB0 50~54 57 58 59 60 61 62 63 64 65 66 67 輸入輸出 輸入輸出 輸入輸出 輸入輸出 輸入輸出 輸入輸出 輸入輸出 輸入輸出 輸入輸出 輸入輸出 輸入輸出 IOB[15:11] ：雙向IO端口。用戶慎重使用。而且凌陽(yáng)單片機(jī)具有C語(yǔ)言風(fēng)格的匯編語(yǔ)言，有與標(biāo)準(zhǔn)C兼容的C語(yǔ)言，C語(yǔ)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(jiǎn)單。 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?？删幊藾DS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。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?！?60176。查詢表把輸入地址的相位信息映射成正弦波幅度信號(hào)，然后驅(qū)動(dòng)DAC輸出模擬量。 　　每經(jīng)過(guò)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。 　　 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。在并行裝入方式中，通過(guò)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。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。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： 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。時(shí)序通過(guò)對(duì)32位控制字的賦值可精確控制最終合成的信號(hào)頻率fo。圖 35 AD9850的組成框圖本設(shè)計(jì)中40 位控制字通過(guò)串行方式送入AD9850。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，F(xiàn)QUD 脈沖的上升沿更新輸出頻率，頻率控制字由下式?jīng)Q定 (34) 其中fOUT 為AD9850 輸出的頻率， 為32b 的頻率控制字，fCLK 為系統(tǒng)時(shí)鐘頻率。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。 (35) 其中A0是載波振幅，是載波角頻率，是載波起始相位。得FM波的時(shí)域表示式為 (38)若調(diào)制信號(hào)為單一頻率的正弦波，即 (39)則FM波的表示式為 (310) 本設(shè)計(jì)中，AM 信號(hào)采用模擬調(diào)制。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(hào)。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= ma500 mv=R0/(R0 +R) V