2017畢業(yè)論文-基于dds的正弦信號(hào)發(fā)生器的設(shè)計(jì)

1、11引言引言信號(hào)發(fā)生器是指產(chǎn)生所需參數(shù)的電測(cè)試信號(hào)的儀器。按信號(hào)波形可分為正弦信號(hào)、函數(shù)（波形）信號(hào)、脈沖信號(hào)和隨機(jī)信號(hào)發(fā)生器等四大類(lèi)。信號(hào)發(fā)生器又稱(chēng)信號(hào)源或振蕩器，各種波形曲線(xiàn)均可以用三角函數(shù)方程式來(lái)表示。能夠產(chǎn)生多種波形，如三角波、鋸齒波、矩形波（含方波）、正弦波的電路被稱(chēng)為函數(shù)信號(hào)發(fā)生器。在生產(chǎn)實(shí)踐和科技領(lǐng)域中有著廣泛的應(yīng)用。信號(hào)發(fā)生器在電路實(shí)驗(yàn)和設(shè)備檢測(cè)中具有十分廣泛的用途。例如在通信、廣播、電視系統(tǒng)中，都需要射頻（高頻）發(fā)射，

2、這里的射頻波就是載波，把音頻（低頻）、視頻信號(hào)或脈沖信號(hào)運(yùn)載出去，就需要能夠產(chǎn)生高頻的振蕩器[7]。在工業(yè)、農(nóng)業(yè)、生物醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域內(nèi)，如高頻感應(yīng)加熱、熔煉、淬火、超聲診斷、核磁共振成像等，都需要功率或大或小、頻率或高或低的振蕩器。正弦信號(hào)發(fā)生器的實(shí)現(xiàn)方法通常有以下幾種：（1）用分立元件組成的信號(hào)發(fā)生器：通常是單函數(shù)發(fā)生器且頻率不高，其工作不很穩(wěn)定，不易調(diào)試。（2）采用傳統(tǒng)的直接頻率合成法直接合成。利用混頻器、倍頻器、分頻器和帶通濾波器完成

3、對(duì)頻率的算術(shù)運(yùn)算。由于采用大量的倍頻、分頻、混頻和濾波環(huán)節(jié)，導(dǎo)致直接頻率合成器的結(jié)構(gòu)復(fù)雜，體積龐大，成本高，而且容易產(chǎn)生過(guò)多的雜散分量，難以達(dá)到較高的頻譜純度。（3）采用鎖相環(huán)間接頻率合成(PhaseLockLoop簡(jiǎn)稱(chēng)PLL)。雖然具有工作頻率高、寬帶、頻譜質(zhì)量好的優(yōu)點(diǎn)，但由于鎖相環(huán)本身是一個(gè)惰性環(huán)節(jié)，鎖定時(shí)間較長(zhǎng)，故頻率轉(zhuǎn)換時(shí)間較長(zhǎng)。另外，由模擬方法合成的正弦波的參數(shù)(如幅度、頻率和相位等)都很難控制，不易實(shí)現(xiàn)[2]。（4）用專(zhuān)用直

4、接數(shù)字合成（DirectDigitalSynthesizer簡(jiǎn)稱(chēng)DDS）芯片的信號(hào)發(fā)生器：能產(chǎn)生任意波形并達(dá)到很高的頻率。用隨機(jī)讀寫(xiě)存儲(chǔ)器RAM存儲(chǔ)所需波形的量化數(shù)據(jù)，按照不同頻率要求，以頻率控制字K為步進(jìn)對(duì)相位增量進(jìn)行累加，以累加相位值作為地址碼讀取存在存儲(chǔ)器內(nèi)的波形數(shù)據(jù)，經(jīng)DA轉(zhuǎn)換和幅度控制，再濾波即可得所需波形。由于DDS具有相對(duì)帶寬很寬，頻率轉(zhuǎn)換時(shí)間極短(可小于20微妙)，頻率分辨率高，全數(shù)字化結(jié)構(gòu)便于集成以及輸出相位連續(xù)，頻率

5、、相位和幅度均可實(shí)現(xiàn)程控。3波，鋸齒波等任意波形。2系統(tǒng)方案的設(shè)計(jì)與論證系統(tǒng)方案的設(shè)計(jì)與論證2.12.1系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求系統(tǒng)的設(shè)計(jì)要求本系統(tǒng)通過(guò)DDS（DirectDigitalSynthesizer）芯片AD9850以及一個(gè)單片機(jī)來(lái)設(shè)計(jì)一個(gè)正弦信號(hào)發(fā)生器。本設(shè)計(jì)的指標(biāo)要求如下：（1）利用DDS產(chǎn)生單頻正弦信號(hào)；（2）正弦波輸出頻率范圍：1KHz～10MHz；（3）掃頻輸出頻率范圍為1K～10MHz，輸出電壓范圍為0.1V～2V（4）具有

6、頻率設(shè)置功能，步進(jìn)為1KHz。2.22.2方案論證方案論證2.2.12.2.1系統(tǒng)總體方案論證系統(tǒng)總體方案論證方案一:采用數(shù)控電壓控制的壓控振蕩器（voltagecontrolledoscillat簡(jiǎn)稱(chēng)VCO）。運(yùn)用電感和變?nèi)荻O管構(gòu)成LC正弦諧振電路通過(guò)微處理器改變變?nèi)荻O管的控制電壓達(dá)到電容值改變從而實(shí)現(xiàn)正弦信號(hào)輸出頻率的數(shù)字控制.但目前變?nèi)荻O管的變?nèi)荼茸畲笾荒苓_(dá)到9倍或10倍根據(jù)可)2(1LCf??知為3左右即VCO輸出的頻率的

7、變化范圍大約為至3。因maxfminfminfminf此數(shù)控VCO的頻率變化范圍不寬很難達(dá)到1kHz～10MHz范圍要求。方案二：用8位51單片機(jī)為主要控制單元，使用傳統(tǒng)的鎖相頻率合成方法。通過(guò)MOTOLA公司生產(chǎn)的芯片IC145152，壓控振蕩器搭接的鎖相環(huán)電路輸出穩(wěn)定性極好的正弦波，再利用過(guò)零比較器轉(zhuǎn)換成方波，積分電路轉(zhuǎn)換成三角波。雖然鎖相環(huán)（PLL）可以實(shí)現(xiàn)各種頻率的合成，但是要求頻率范圍在1kHz～10MHz頻率分辨率為1KHz