信号源的设计和制作

南京信息工程大学第三届电子设计大赛

设

计

报

告

设计题目：信号源的设计和制作（B题）

院系专业：

设计成员:

2013年3月25日——2013年4月6日

摘要

本系统以STC89C52单片机为控制核心设计并制作一个正弦波信号源。本实验分为三大模块，分别是键盘扫描并控制液晶显示模块，正弦波产生及频率步进模块，幅值步进可调模块。正弦波产生部分采用DDS芯片AD9850,实现了10Hz-1MHz的正弦波输出。幅值步进模块采用可变增益放大器AD603，由数模转换器DAC0832控制放大倍数。幅值、频率由按键输入并由单片机控制在液晶上显示,最后加上THS3091功放电路以驱动50欧负载。本系统工作可靠稳定，较好地完成了基本部分和发挥部分的要求。

关键词: DDS D/A 程控放大器步进

Abstract

This system with STC89C52 single-chip microcomputer as the control core is the design and construction of a sine wave signal source. This experiment was divided into three modules, respectively is liquid crystal display module, keyboard scanning and control frequency sine wave generation and stepper module, adjustable amplitude stepper module. Sine wave generating part adopts DDS chip AD9850, implements sine wave output of 10 hz to 1 MHZ. Amplitude stepper module adopts the variable gain amplifier AD603, controlled by a digital to analog converter DAC0832 magnification. By the pressed key input amplitude, frequency and controlled by the microcontroller on the LCD display. Finally add THS3091 power amplifier circuit to drive the euro 50 load.This system work stable and reliable, better to complete the basic part and play a part of the requirements.

Keyword: DDS D/A Programmable amplifier Step

目录

一、系统方案比较与论证.......................................................... 错误！未定义书签。

1. 1设计任务和要求 (1)

1. 2任务分析及方案论证 (1)

1. 2. 1正弦波产生 (1)

1. 2 .2 幅值步进控制模块 (2)

1. 2. 3显示及键盘控制模块 (3)

1. 2. 4功率放大电路 (3)

二、系统设计 (4)

2. 1 硬件设计 (4)

2. 1. 1正弦波产生电路 (4)

2. 1. 2正弦波幅值可调电路 (5)

2. 1. 3功率放大电路 (6)

2. 2 软件设计 (6)

2. 2. 1基本思路 (6)

2. 2. 2软件流程图 (6)

三、测试结果与分析 (7)

3. 1正弦波测试结果 (7)

3. 2相对误差统计 (8)

3. 3误差分析 (8)

四、总结 (8)

五、参考文献 (9)

一、系统方案比较与论证

1.1 设计任务和要求

设计制作一个正弦信号发生器。基本要求为：

（1）输出信号频率：20Hz～300kHz；

（2）信号幅度：负载50Ω时，输出电压峰峰值为1～3V可调；

（3）信号源输出电阻为50Ω；

（4）显示信号的频率和幅度。

在完成基本任务的基础上，我们增加如下功能：

（1）输出信号频率：20Hz～1MHz;

（2）频率通过按键可任意步进调节，步长为100Hz；

（3）提高信号的输出电压峰峰值至1～10V可调（带50Ω负载）；

（4）幅值通过按键可任意步进调节，步长为100mV。

1.2 任务分析及方案论证

1.2.1正弦波产生

方案一：用FPGA来实现。只要在FPGA的内部建立一个正弦信号的数据表，然后在外部时钟的驱动下，读取正弦信号数据表中的数据，在送到高速DAC中进行数模转换就可以得到正弦信号（如图1所示）。用FPGA产生的正弦信号频率和幅度稳定度都很高，可以很方便地与计算机接口，控制方便。不过由于FPGA的工作频率通常不能太高，所以输出信号的频率难以做高。

图1 FPGA查表法框图

方案二:采用锁相环电路。锁相环主要由鉴相器（PD）、环路滤波器（LPF）、压控振荡器（VCO）三部分组成，如图2所示。由于锁相环电路中只要输入的基准频

ref

V 率足够稳定，锁定之后，输出的频率就会有较高的稳定度。只要在此基础上加个数控分频器就能实现频率设置和频率步进的功能。但锁相环带宽有限，要想做到很宽的输出频率范围，同时满足较高的频率分辨率比较困难。

U1图2 锁相环电路框图

方案三:采用直接数字频率合成器DDS 来实现。DDS 集成芯片的核心部分由相位累加器、正弦查询表组成。DDS 的内核在内部逻辑单元的控制下，不断地将所要求的数据送到高速DAC0832中进行数模转换，就可以在输出端得到要求的波形信号（如图3所示）。DDS 特别适合于生成频率低、频带宽、频率稳定性和准确度较高及波形复杂的场合。

综合比较，故本方案采用DDS 芯片AD9850来实现。

图3 DDS 基本框图

1.2.2幅值步进控制模块

方案一：DAC 控制增益。如图所示，输入信号放大后作为基准电压送给DAC 的

脚，相当于一个程控衰减器。再接一级放大，这两级放大可实现要求的放大

倍数。输出接到有效值检测电路上，反馈给单片机，实现AGC 。还可通过输入模块