1、STM32課程設計幅度可調的標準1KHZ正弦信號發生器學院： 專業：姓名：學號： 正弦信號發生器一， 任務設計制作一個正弦波信號發生器二， 要求1， 基本要求（1） 正弦波輸出頻率范圍：1KHz10MHz（2） 舊有頻率設置功能，頻率步進：100Hz（3） 輸出信號頻率穩定度：優于（4） 輸出電壓幅度：在50歐姆負載電阻上的電壓峰峰值（5） 失真度：用示波器觀察時無明顯失真2， 發揮部分再完成基本要求任務的基礎上，增加以下功能（1） 增加輸出電壓的幅度：在頻率范圍50歐姆負載電阻上正弦信號輸出電壓的峰峰值（2） 產生模擬幅度調制（AM）信號，在1MHz10MHz范圍內調制度可在10%100%之

2、間程控調節，步進10%，正弦調信號頻率為1KMz，調制信號自行產生。（3） 產生模擬頻率調制（FM）信號：在100KMz10MHz頻率范圍內產生10KHz最大頻偏，且頻偏可分為5KHz/10KHz二級程控調節，正弦調制信號自行產生。（4） 產生PSK，ASK信號；在100KHz固定頻率載波進行二進制鍵控，二進制基帶序列碼速率固定為100kps，二進制基帶序列自行產生。（5） 其他。一， 方案論證與比較1 常見的正弦波制作方法方案一：采用模擬分立元件或者單片壓控函數發生器MAX038，可產生正弦波，方波，三角波，通過調整外部參數可改變輸出頻率，但采用模擬器件由于元件分散性太大，即使使用單片函數發

3、生器，參數也與外部分布參數相關，頻率穩定度差，精度低，抗干擾能力低。方案二：采用鎖相式頻率合成方案。優點在于頻率穩定，頻率范圍比較大，。但是頻率受VCO可變頻率范圍的影響，高低頻率比不可以做的很高。方案三：采用DDS，即使用DDS芯片，這是目前比較常用的方案。3， 方案論證：在頻率合成（FS, Frequency Synthesis）領域中，常用的頻率合成技術有模擬鎖相環、數字鎖相環、小數分頻鎖相環（fractional-N PLL Synthesis）等，直接數字合成(Direct Digital SynthesisDDS)是近年來新的FS技術。單片集成的DDS產品是一種可代替鎖相環的快速頻

4、率合成器件。DDS是產生高精度、快速變換頻率、輸出波形失真小的優先選用技術。DDS以穩定度高的參考時鐘為參考源，通過精密的相位累加器和數字信號處理，通過高速D/A變換器產生所需的數字波形（通常是正弦波形），這個數字波經過一個模擬濾波器后，得到最終的模擬信號波形。如圖2所示，通過高速DAC產生數字正弦數字波形，通過帶通濾波器后得到一個對應的模擬正弦波信號，最后該模擬正弦波與一門限進行比較得到方波時鐘信號。DDS系統一個顯著的特點就是在數字處理器的控制下能夠精確而快速地處理頻率和相位。除此之外，DDS的固有特性還包括：相當好的頻率和相位分辨率（頻率的可控范圍達Hz級，相位控制小于0.09°

5、;）,能夠進行快速的信號變換（輸出DAC的轉換速率300百萬次/秒）。這些特性使DDS在軍事雷達和通信系統中應用日益廣泛。其實，以前DDS價格昂貴、功耗大（以前的功耗達Watt級）、DAC器件轉換速率不高，應用受到限制，因此只用于高端設備和軍事上。隨著數字技術和半導體工業的發展，DDS芯片能集成包括高速DAC器件在內的部件，其功耗降低到mW級（AD9851在3.3v時功耗為480mW），功能增加了，價格便宜。因此，DDS也獲得廣泛的應用：現代電子器件、通信技術、醫學成像、無線、PCS/PCN系統、雷達、衛星通信。基準時鐘相位累加器相位/幅度變換D/A變換低通濾波比較器 M fo圖2基本原理及性

6、能特點 的基本原理是利用采樣定理，通過查表法產生波形。的結構有很多種，其基本的電路原理可用圖3來表示。 相位累加器波形存儲器D/A轉換器低通濾波器 K fSfo圖3相位累加器由位加法器與位累加寄存器級聯構成。每來一個時鐘脈沖，加法器將頻率控制字與累加寄存器輸出的累加相位數據相加，把相加后的結果送至累加寄存器的數據輸入端。累加寄存器將加法器在上一個時鐘脈沖作用后所產生的新相位數據反饋到加法器的輸入端，以使加法器在下一個時鐘脈沖的作用下繼續與頻率控制字相加。這樣，相位累加器在時鐘作用下，不斷對頻率控制字進行線性相位累加。由此可以看出，相位累加器在每一個時鐘脈沖輸入時，把頻率控制字累加一次，相位累加

7、器輸出的數據就是合成信號的相位，相位累加器的溢出頻率就是輸出的信號頻率。 用相位累加器輸出的數據作為波形存儲器（）的相位取樣地址，這樣就可把存儲在波形存儲器內的波形抽樣值（二進制編碼）經查找表查出，完成相位到幅值轉換。波形存儲器的輸出送到轉換器，轉換器將數字量形式的波形幅值轉換成所要求合成頻率的模擬量形式信號。低通濾波器用于濾除不需要的取樣分量，以便輸出頻譜純凈的正弦波信號。 在相對帶寬、頻率轉換時間、高分辨力、相位連續性、正交輸出以及集成化等一系列性能指標方面遠遠超過了傳統頻率合成技術所能達到的水平，為系統提供了優于模擬信號源的性能。（）輸出頻率相對帶寬較寬輸出頻率帶寬為s（理論值）。但考慮

8、到低通濾波器的特性和設計難度以及對輸出信號雜散的抑制，實際的輸出頻率帶寬仍能達到s。 （）頻率轉換時間短 是一個開環系統，無任何反饋環節，這種結構使得的頻率轉換時間極短。事實上，在的頻率控制字改變之后，需經過一個時鐘周期之后按照新的相位增量累加，才能實現頻率的轉換。因此，頻率轉換的時間等于頻率控制字的傳輸時間，也就是一個時鐘周期的時間。時鐘頻率越高，轉換時間越短。的頻率轉換時間可達納秒數量級，比使用其它的頻率合成方法都要短數個數量級。 （）頻率分辨率極高若時鐘s的頻率不變，的頻率分辨率就由相位累加器的位數決定。只要增加相位累加器的位數即可獲得任意小的頻率分辨率。目前，大多數的分辨率在數量級，許

9、多小于甚至更小。 （）相位變化連續 改變輸出頻率，實際上改變的每一個時鐘周期的相位增量，相位函數的曲線是連續的，只是在改變頻率的瞬間其頻率發生了突變，因而保持了信號相位的連續性。 （）輸出波形的靈活性只要在內部加上相應控制如調頻控制、調相控制和調幅控制，即可以方便靈活地實現調頻、調相和調幅功能，產生、和等信號。另外，只要在的波形存儲器存放不同波形數據，就可以實現各種波形輸出，如三角波、鋸齒波和矩形波甚至是任意的波形。當的波形存儲器分別存放正弦和余弦函數表時，既可得到正交的兩路輸出。 （）其他優點 由于中幾乎所有部件都屬于數字電路，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

10、靈活，因此性價比極高。 二， 系統設計：1， 總體設計（1） 系統框圖 數據存儲器MCU鍵盤輸 入LCD顯示模塊波形產生DDS芯片超高頻率放大電路 （2） 模塊說明a） 波形發生電路由DDS芯片提供，單片機負責控制頻率的調節和狀態的改變。b） 鍵盤電路采用4*4鍵盤輸入，單片機采用掃描方式。c） LCD顯示電路：采用12864。d） 數據存儲器用于保護斷點和特殊頻率點。e） 超高頻率放大電路：采用LMH6624 作為放大電路，用于輸出的放大和提高帶負載能力。2， 軟件設計部分源程序：void main(void)/主函數Freq freq;unsigned char key_num,step,

11、output6=0,0,1,0,0,0;/*變量初始化freq.f=357913;/初始頻率step=0;/選擇步進(默認為100Hz)/setup_flag=0;/表示還沒進入設置狀態/*AD9850_RESET=1;menu();change(output);AD9850_RESET=0;/*ad9850(0x09,freq);/公式：*4/2（32）步進100：35791k：35791 10k：357913 /100k：3579139 1M：35791394 10M：357913941while(1)/主循環key_num=scan_key();if(key_num=INCREASE)/

12、增量調節freq.f=add(step,freq,output);else if(key_num=DECREASE)/減量調節freq.f=reduce(step,freq,output);else if(key_num=STEP)/調節補進大小step=change_step(step);else if(key_num=INPUT)/直接輸入頻率input(key_num,output,freq);else if(key_num=SHOW)/進入其他功能設置show(output,freq);menu();change(output);freq.f=output0*3579+output1*

13、35791+output2*357913+output3*3579139+output4*35791394+output5*357913941;ad9850(0x09,freq);step=change_step(step-1);void show(unsigned char output,Freq freq)/設置功能函數/Freq freq;unsigned char i,control,choose,exit,address;unsigned char psk6="101010"unsigned char ask7="000111"unsigned

14、 char f_psk05=0x01,0x00,0x35,0x26,0x00;unsigned char f_psk15=0x81,0x00,0x35,0x26,0x00;unsigned char f_ask05=0x01,0x00,0x00,0x00,0x00;unsigned char f_ask15=0x01,0x00,0x35,0x26,0x00;dis_onelist(0,0,"選擇進入演示: ");dis_onelist(0,1,"1.演示PSK。 ");dis_onelist(0,2,"2.演示ASK. ");dis_

15、onelist(0,3," ");write_data(0x1F);dis_onelist(5,3," ");exit=0;control=1;while(control)choose=scan_key();if(choose=1)/演示PSKdis_onelist(0,0,"基帶序列: ");dis_onelist(5,0,psk);dis_onelist(0,1,"載波頻率:100KHz.");dis_onelist(0,2,"基帶碼速:10kbps.");dis_onelist(0,3,&

16、quot;退出:SHOW ");i=0;while(scan_key()!=SHOW)if(pski='0')ad9850_psk(f_psk0);delay(5);else ad9850_psk(f_psk1);delay(5);i=(i+1)%6;exit=1;else if(choose=2)/演示ASKdis_onelist(0,0,"基帶序列: ");dis_onelist(5,0,psk);dis_onelist(0,1,"載波頻率:100KHz.");dis_onelist(0,2,"基帶碼速:10kbp

17、s.");dis_onelist(0,3,"退出:SHOW ");i=0;while(scan_key()!=SHOW)if(pski='0')ad9850_psk(f_ask0);delay(5);else ad9850_psk(f_ask1);delay(5);i=(i+1)%6;exit=1;else if(choose=THREE)/保存當前頻率for(address=0;address<6;address+)iicsendbyte(address,outputaddress);else if(choose=FOUR)/導出已保存的頻

18、率for(address=0;address<6;address+)outputaddress=iicreceivebyte(address);freq.f=output0*3579+output1*35791+output2*357913+output3*3579139+output4*35791394+output5*357913941;ad9850(0x09,freq);else if(choose=FIVE)/退出子函數control=0;exit=0;else if(choose=INCREASE)/更換界面dis_onelist(0,0,"選擇進入演示: "

19、;);dis_onelist(0,1,"1.演示PSK。 ");dis_onelist(0,2,"2.演示ASK. ");dis_onelist(0,3," ");write_data(0x1F);dis_onelist(5,3," ");exit=0;else if(choose=DECREASE)/更換界面dis_onelist(0,0," ");write_data(0x1E);dis_onelist(5,0," ");dis_onelist(0,1,"3.保存當前頻率 ");dis_onelist(0,2,"4.導出已存頻率 ");dis_onelist(0,3,"5.退出 ");exit=0;if(exit=1)dis_onelist(0,0,"選擇進入演示: ");dis_onelist(0,1,"1.演示PSK。 ");dis_onelist(0,2,"2.演示ASK. ");dis_one