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I信号源的设计和制作学生：XX指导教师：XX内容摘要：本文介绍了信号发生器的基本原理以及工作流程，在电子信息技术领域，经常要用到一些信号作为测量基准信号或输入信号，也就是所谓的信号源。信号源的好坏在很大程度上决定了系统的性能，因而常称之为电子系统的“心脏”。随着电子技术的发展，对信号源的要求越来越高，要求其输出频率高达微波频段甚至更高，及频率分辨率达到m级Hz甚至更小，相应频点数更多，频率转换时间达到ns级，频谱纯度高，同时对频率的功耗、体积、重量等也有更高的要求。要实现高性能的信号源，必须在技术手段上有新的突破。针对以上对信号源高性能的要求，研究和制作一款频率和分辨率更高、转换时间更少、频谱纯度更高的信号发生器成为了人们广泛关注的焦点。而基于DDS技术的产品，可以很好的达到上述各项性能的要求，为当今科技更好更快发展提供了有效的设备基础，正是在这样的背景下，高精度的信号发生器应运而生。关键词：信号发生器频率歩进占空比IISignalsourcedesignandproductionAbstract:Thisarticledescribesthebasicprinciplesandworkflowofthesignalgenerator,inthefieldofelectronicinformationtechnology,oftenusesomeofthesignalasameasurementofthereferencesignalorinputsignal,butalsotheso-calledsource.Thequalityofthesignalsourcetoalargeextentdeterminetheperformanceofthesystem,oftencalledtheheartoftheelectronicsystem.Withthedevelopmentofelectronictechnology,thesignalsourcetotheoutputfrequencyuptoevenhighermicrowavefrequencybandsandfrequencyresolutionofmHzorevensmaller,thecorrespondingfrequencypointsmorefrequencyswitchingtimeofthens-levelhighspectralpurity,frequencypower,volume,weight,havehigherrequirements.Toachievehigh-performancesignalsourcemustbeanewbreakthroughintechnologymeans.Theaboveperformancerequirementsofthesource,researchandproductionofafrequencyandahigherresolution,lessconversiontime,higherspectralpurityofthesignalgeneratorhasbecomethefocusofwidespreadconcern.DDStechnology-basedproductscanbegoodtoachievetheaboveperformancerequirementsoftoday'stechnologybetterandfasterdevelopmentofequipment,itisinthiscontext,high-precisionsignalgeneratorcameintobeing.Keywords:SignalgeneratorFrequencyofstepperDutycycle.III目录前言................................................................11方案论证.........................................................11.1波形产生...................................................11.1.1正弦波产生............................................21.1.2方波产生..............................................21.2幅度调整...................................................22主要电路设计与计算...............................................22.1系统原理总图...............................................22.2直接数字合成...............................................32.2.1DDS的基本原理........................................42.3FPGA信号发生部分...........................................42.3.1正弦波................................................52.3.2方波..................................................62.4波形处理部分...............................................62.4.1正弦波................................................62.4.2方波..................................................72.5FSK信号输出................................................72.6单片机控制电路设计.........................................72.6.1主要功能介绍..........................................82.7调幅模块设计...............................................92.7.1MC1496内部结构.......................................92.8幅度控制..................................................103软件设计........................................................113.1软件实现思想..............................................113.2软件流程图................................................124系统调试........................................................134.1硬件电路调试..............................................13IV4.1.1调试过程.............................................134.1.2调试经验总结.........................................134.2软件调试..................................................134.3总调试....................................................135结束语..........................................................15参考文献...........................................................1711信号源的设计和制作前言本系统基于DDS工作原理并对累加器与地址存储器等加以优化，利用FPGA编程实现DDS硬件功能，实现了题目要求产生频率可调正弦波、占空比可调脉冲的设计目的。以单片机（AT89S51）为核心，实现对波形、频率、脉冲占空比、幅度调整等的选择与连续控制。同时，将设定的参数和相关信息通过LCD12864显示。所设计的信号发生器由振荡电路、稳幅电路、正弦波调幅电路、电压比较电路、脉冲波调幅电路组成。采用RC振荡方式产生振荡信号，通过二极管IN4148和运放TL082实现振荡信号稳幅，调幅之后输出正弦波信号，再经电压比较器和调幅电路实现脉冲波的占空比和幅度的变化。采用了多级电阻和多级双联电位器实现频率的分段和步进。信号发生器技术发展至今，引导技术潮流的仍是外国的几大仪器公司，如日本横河、Agilent、Tektronix等.美国的FLUKE公司的FLUKE-25型函数发生器是现有的测试仪器中最具多样性功能的几种仪器之一，它和频率计数器组合在一起，在任何条件下都可以给出很高的波形质量，能给出低失真的正弦波和三角波，还能给出过冲很小的方波，其最高频率可以达到5MHZ，最大输出幅度也达到10Vpp。国内也有不少公司已经有类似的仪器。如南京盛普仪器科技有限公司的SPF120DDS信号发生器，华高仪器生产的HG1600H型数字合成函数/任意波形信号发生器。1方案论证本系统需设计制作一个能产生正弦波及脉冲波的信号源。其中要求信号频率在20HZ到20KHZ（可适当扩展到100KHZ）范围内实现程控步进可调，步长做到1HZ，脉冲波占空比在2%到98%间可实现步长为2%的程控调整，同时要求幅度可调，波形性能良好。综合这些因素，可知本系统的核心在于波形的产生（包括频率与占空比的控制）及幅度的程控。因此，方案考虑如下。1.1波形产生21.1.1正弦波产生方案一：采用函数发生器（如MAX038）产生波形，方法较为简便易行，但此方法产生的波步长进度较低且稳定度不高。方案二：采用锁相技术，通过VCO的频率锁定实现对波的步进及稳定性的高精度控制，但难以使输出频率范围达到要求，且硬件电路较为复杂不易调整，不适于产生低频信号。方案三：采用单片机控制查表实现，单片机既作为控制器，又作为信号发生器，节省了硬件开支，但为达到精度对单片机要求相对较高且存储空间较大。方案四：采用FPGA编程实现数字式频率合成（DDS），频率带宽较宽，频率转换时间较短，分辨率较高，可控性好。综上考虑，我们采用了方案四，实现正弦波的产生及频率控制。1.1.2方波产生方案一：采用硬件电路直接振荡产生（如555芯片电路），产生的波频率较为稳定，但步进调整十分复杂，不利于精确控制。方案二：采用先产生正弦波，后经比较起比较得到。这样可以提高精度，但电路较复杂，成本高，调试不方便。方案三：采用FPGA直接计数分频得到，此法在保证范围满足要求时，使步进及占空比精度得到较大的提高，且实现要求所需硬件较低。综上，采用方案三，达到产生脉冲波及其占空比控制的目的。1.2幅度调整方案一：利用VCA810、AD603等程控放大芯片，搭建电路实现。此法在步进调整时较为方便，易于控制，但调整精度不足。方案二：利用DAC0832或DAC0800等芯片实现控制要求。电路连接较为方便，可调整度高，精度满足要求。综合考虑，取用方案二。2主要电路设计与计算2.1系统原理总图3图2.1-1系统原理总图2.2直接数字合成（DDS）直接数字合成（DirectDigitalSynthesis、