全国电子设计方案大赛设计方案报告论文.docx

正弦信号发生器摘要：本文介绍以DDS芯片AD9851为产生正弦波信号核心，以单片机为主控制器，实现了从低频100hz到高频10Mhz宽频带的频率任意设定(亦可设定步进为10hz或者100hz等可调)、高精度(频稳度优于10-5)的正弦信号发生器，输出电压幅度在50欧姆负载上输出幅度大于1V。并且实现了产生从1MHz~10MHz范围内调制度可调的模拟幅度调制(AM)信号，和把自行产生的M序列数字二进制基带信号调制成在100kHz固定频率载波二进制键控的ASK和PSK。关键词：DDS， PSK， ASK，模拟幅度调制（AM）信号，模拟频率调制（FM）信号，正弦信号发生器， M序列，多谐振荡器，模拟乘法器，可控增益宽带放大器， AD9851， AD603， MC1496 1、设计任务和要求设计制作一个正弦信号发生器。1.1 基本要求（1）正弦波输出频率范围：1kHz～10MHz；（2）具有频率设置功能，频率步进：100Hz；（3）输出信号频率稳定度：优于10-4；（4）输出电压幅度：在负载电阻上的电压峰-峰值Vopp≥1V；（5）失真度：用示波器观察时无明显失真。1.2 发挥部分在完成基本要求任务的基础上，增加如下功能：（1）增加输出电压幅度：在频率范围内负载电阻上正弦信号输出电压的峰-峰值Vopp=6V±1V；（2）产生模拟幅度调制(AM)信号：在1MHz~10MHz范围内调制度ma可在10%～100%之间程控调节，步进量10%，正弦调制信号频率为1kHz，调制信号自行产生；（3）产生模拟频率调制(FM)信号：在100kHz~10MHz频率范围内产生10kHz最大频偏，且最大频偏可分为5kHz/10kHz二级程控调节，正弦调制信号频率为1kHz，调制信号自行产生；（4）产生二进制PSK、ASK信号：在100kHz固定频率载波进行二进制键控，二进制基带序列码速率固定为10kbps，二进制基带序列信号自行产生；（5）其他。2、任务分析及方案论证2.1 正弦信号发生器的核心部分方案的论证和选择方案1：采用传统的分立元件的方法，采用RC或LC正弦振荡电路，这种方法电路简单，成本低，但是这种方法难以实现步进达到100hz或者更高，并且难以兼顾频率跟得上10Mhz。方案2:采用锁相环频率合成技术，将压控振荡器的VCO的输出频率锁定在所需的频率之上，次方法具有很好的窄带跟踪性，可以较好的选择所需的频率，抑制杂散的分量，其基本模型如图1所示。然而锁相环本身是一个惰性的环节，锁定时间长，频率串换时间长，并且模拟产生的正弦波，频率和相位都难以控制。图1 PLL的基本模型方案3：采用直接数字频率合成技术产生所需的正弦信号（DDS）。本来想着用自己做一个DDS信号发生器的，但是要达到题目的基本要求上到10Mhz并且要完成发挥部分的要求，我们采用AD公司的高集成度DDS电路的器件AD9851,它内部包含高速、高性能10位D/ A 转换器及高速比较器,可作为全数字编程控制的频率合成器来产生所需要的正弦波。外接精密时钟源时,AD9851 可以产生一个频谱纯净、频率和相位都可以编程控制且稳定性很好的模拟正弦波,这个正弦波能够直接作为基准信号源。9851内含6 倍参考时钟倍乘器,可避免对外部高速参考时钟振荡器的需要,减小了由于外部频率源过高而可能产生的相位噪声;其频带宽, 正常输出工作频率范围为0 ～72MHz ; 频率分辨率高,其创新式高速DDS 码可接受32 位调频字,使得它在180MHz 系统时钟下输出频率的精度可达0. 04Hz ，完全达到了题目要求的输出信号频率稳定度优于10-4 的要求;相位可调, 可接收来自单片机的5 位相位控制字，产生二进制PSK，作出题目要求的发挥部分的第四点。另外我们认真查阅AD公司的AD9851的DATASHEET还发现，次芯片可以有使能控制端，可以用程序来控制是否输出，这样就可以进行ASK，完成题目发挥部分的第五点。我们采用方案3。2.2 幅度放大方案的论证和选择由于从DDS芯片AD9851出来的正弦波的Vpp达不到1V，题目的基本要求部分要求Vpp＝1V，且题目发挥部分要求增加输出电压幅度：在频率范围内负载电阻上正弦信号输出电压的峰-峰值Vopp=6V±1V，由于要求产生的信号频率比较高，要求从1Khz达到10Mhz，带宽很大，并且要求在此断范围内都要求输出电压的峰-峰值Vopp=6V±1V。方案1，采用高速运放进行放大，由于dds芯片9851产生的信号经过后面的7阶的椭圆滤波器之后的幅频特性的影响，产生的正弦信号会随着频率的上升而有所下降，如果采用固定的增益的话，在整个频率范围内达不到在6V±1V之内。方案2，由固定增益运放之后采用数字的电位器进行程控的分压，但是发现这种方法的频率相应跟不上，在低频内还可以