基于dds的信號(hào)源設(shè)計(jì)畢業(yè)設(shè)計(jì)論文

1、<p><b>　　摘 要</b></p><p>　　本文主要介紹了采用直接數(shù)字頻率合成DDS芯片實(shí)現(xiàn)正弦信號(hào)輸出，并完成調(diào)頻，調(diào)幅功能。它采用美國(guó)模擬器件公司（AD公司）的芯片AD9851，并用AT89C51單片機(jī)對(duì)其控制，首先從DDS芯片的輸出，經(jīng)低通濾波得到正弦信號(hào)，然后對(duì)該信號(hào)進(jìn)行調(diào)頻，調(diào)幅。其中調(diào)頻部分可以通過在軟件中修改DDS芯片的頻率控制字，相位控制字等來(lái)實(shí)現(xiàn)，而

2、調(diào)幅部分需在DDS輸出正弦信號(hào)之后外加一調(diào)幅器實(shí)現(xiàn)。調(diào)幅部分將DDS輸出作為載波信號(hào)，RC振蕩器提供1KHz振蕩作為調(diào)幅信號(hào)，它利用了乘法器MC1496完成對(duì)正弦信號(hào)調(diào)制。該系統(tǒng)輸出穩(wěn)定度、精度極高，適用于當(dāng)代的尖端的通信系統(tǒng)和精密的高精度儀器。</p><p>　　本文首先介紹了直接數(shù)字合成的原理，然后提出了系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)方案，還有系統(tǒng)硬件電路和軟件編寫設(shè)計(jì)等，其中如采用的AD9851芯片和調(diào)幅模塊電路設(shè)計(jì)作了詳

3、細(xì)介紹。</p><p>　　關(guān)鍵詞：直接數(shù)字頻率合成(DDS)；AD9851；調(diào)頻；調(diào)幅</p><p><b>　　Abstract</b></p><p>　　This article mainly introduced uses the direct digital frequency to synthesize the DDS chi

4、p to realize the sine signal output, and completes the frequency modulation, the amplitude modulation function. It uses the American simulation component company (AD Corporation) chip AD9851, and with the AT89C51 monolit

5、hic integrated circuit to its control, first from the DDS chip output, obtains the sine signal after the low pass filter, then carries on the frequency modulation to this signal, the amplitu</p><p>　　This ar

6、ticle first introduced the direct digital synthesis principle, then proposed the system system design plan, but also has the system hardware electric circuit and the software compilation design and so on, like uses the A

7、D9851 chip and the amplitude modulation module circuit design has made the detailed introduction.</p><p>　　Key word: Direct digital frequency synthesis (DDS)； AD9851； frequency modulation；amplitude modulatio

8、n</p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　引言1</b></p><p>　　1直接數(shù)字頻率合成（DDS）原理及性能綜述1</p><p>　　1.1 DDS原理1</p><p>　　1.2 DDS性能6</p>&

9、lt;p>　　2 課題總體方案設(shè)計(jì)及論證7</p><p>　　2.1 設(shè)計(jì)任務(wù)及初步規(guī)劃設(shè)計(jì)7</p><p>　　2.2 方案提出及系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)框圖7</p><p>　　2.2.1 系統(tǒng)各部分設(shè)計(jì)方案7</p><p>　　2.2.2 系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)框圖9</p><p>　　3 硬件電路設(shè)計(jì)

10、9</p><p>　　3.1 直接數(shù)字頻率合成模塊9</p><p>　　3.1.1 AD9851內(nèi)部結(jié)構(gòu)10</p><p>　　3.1.2 AD9851芯片引腳分布及功能介紹10</p><p>　　3.2 單片機(jī)控制電路設(shè)計(jì)14</p><p>　　3.3 調(diào)幅模塊設(shè)計(jì)16</p>&l

11、t;p>　　3.3.1 MC1496內(nèi)部結(jié)構(gòu)16</p><p>　　3.3.2 MC1496靜態(tài)工作點(diǎn)的設(shè)置17</p><p>　　3.3.3 MC1496在振幅調(diào)制中的應(yīng)用17</p><p>　　3.4 鍵盤與顯示模塊設(shè)計(jì)20</p><p>　　4 軟件設(shè)計(jì)21</p><p>　　4.1

12、軟件實(shí)現(xiàn)思想21</p><p>　　4.2 軟件流程圖及程序22</p><p>　　5 系統(tǒng)調(diào)試30</p><p>　　5.1 硬件電路調(diào)試31</p><p>　　5.1.1 調(diào)試與測(cè)試所用儀器31</p><p>　　5.1.2 調(diào)試過程31</p><p>　　5.1.

13、3 調(diào)試經(jīng)驗(yàn)總結(jié)31</p><p>　　5.2 軟件調(diào)試31</p><p>　　5.3 總調(diào)試31</p><p><b>　　6 結(jié)論32</b></p><p><b>　　謝 辭34</b></p><p><b>　　參考文獻(xiàn)35<

14、/b></p><p><b>　　附 錄36</b></p><p><b>　　引言</b></p><p>　　在現(xiàn)代雷達(dá)，通信，宇航，儀表，電視廣播，遙控遙測(cè)和電子對(duì)抗等系統(tǒng)中，一個(gè)能在一定頻率范圍內(nèi)提供一系列高準(zhǔn)確度和高穩(wěn)定度的信號(hào)頻率源有著廣泛的應(yīng)用價(jià)值，同時(shí)也是眾多應(yīng)用電子系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)高性能的關(guān)鍵因素之

15、一。隨著應(yīng)用頻率和精度要求的不斷提高，傳統(tǒng)的晶體振蕩器直接輸出頻率已不能滿足要求。因此，大量的頻率合成（FS，F(xiàn)requency Synthesis）技術(shù)得以廣泛的使用。頻率合成通過對(duì)一個(gè)或多個(gè)高穩(wěn)定度和精確度的參考頻率源進(jìn)行加、減、乘、除運(yùn)算得到所需的頻率。 頻率合成（FS）的方法有很多，按其工作模式可以分為：模擬合成和數(shù)字合成兩種；按其實(shí)現(xiàn)的手段可以大致分為：直接合成和鎖相環(huán)合成兩種。目前應(yīng)用較多的頻率合成方式主要有：直接模擬

16、合成，鎖相環(huán)合成（PLL，phase Locked Loop）和直接數(shù)字合成（DDS，Digital Direct Synthesis）。而直接數(shù)字頻率合成（DDS）則是上個(gè)世紀(jì)70年代，美國(guó)學(xué)者j.Tierney等人在撰寫的"A Digital Frequency Synthesizer"一文中首次提出的以全數(shù)字技術(shù)，從相位概念出發(fā)直接合成所需波形的一種新的頻</p><p>　　限于當(dāng)時(shí)的

17、技術(shù)和器件水平，它的性能指標(biāo)尚不能與已有的技術(shù)相比，故未受到重視。但由于DDS頻率轉(zhuǎn)換速度快，頻率分辨率高，以及在頻率轉(zhuǎn)換時(shí)可保持相位的連續(xù)，易于實(shí)現(xiàn)多種調(diào)制功能，全數(shù)字化，可編程，易于微處理器控制，易于單片集成，體積小，價(jià)格低，功耗小，生產(chǎn)一致性好，因此，DDS技術(shù)近年來(lái)得到了飛速發(fā)展，它的應(yīng)用也越來(lái)越廣泛，可以說(shuō)直接數(shù)字頻率合成的興起也標(biāo)志著第三代頻率合成技術(shù)的形成。 </p><p>　　1直接數(shù)字頻率

18、合成（DDS）原理及性能綜述</p><p><b>　　1.1 DDS原理</b></p><p>　　直接數(shù)字頻率合成是近年來(lái)發(fā)展非常迅速的一種新型頻率合成技術(shù)，其基本思想是基于正弦查找表。根據(jù)正弦函數(shù)的產(chǎn)生原理，直接對(duì)輸入?yún)⒖紩r(shí)鐘進(jìn)行抽樣，數(shù)字化，從相位出發(fā)，用不同的相位給出不同的電壓幅度，最后經(jīng)濾波平滑輸出所需的頻率信號(hào)。DDS主要由參考頻率源、相位累加器、正

19、弦ＲＯＭ表、Ｄ／Ａ轉(zhuǎn)換器（Digital Analog Converter,簡(jiǎn)稱DAC）和低通濾波器（LPF）等組成，其中相位累加器與正弦ROM查找表合稱數(shù)控振蕩器（Numeric Controlled Oscillator,簡(jiǎn)稱NCO），它是DDS的核心。ＤＤＳ的結(jié)構(gòu)原理圖如圖１.1所示，參考頻率源是一個(gè)高穩(wěn)定的晶體振蕩器，其輸出信號(hào)作為DDS合成頻率的基準(zhǔn)頻率，同時(shí)保證DDS中各部件同步工作，來(lái)自單片機(jī)系統(tǒng)的頻率控制字K控制相位累加

20、器的累加次數(shù)，從而改變輸出頻率的高低及其相位大小。</p><p><b>　　K</b></p><p><b>　　輸出</b></p><p><b>　　參考頻率源</b></p><p>　　圖1.1 DDS結(jié)構(gòu)原理圖</p><p>　　相位

21、累加器由Ｎ位加法器與Ｎ位累加寄存器級(jí)聯(lián)構(gòu)成。每來(lái)一個(gè)時(shí)鐘脈沖，加法器將頻率控制字ｋ與累加寄存器輸出的累加相位數(shù)據(jù)相加，把相加后的結(jié)果送至累加寄存器的數(shù)據(jù)輸入端。累加寄存器將加法器在上一個(gè)時(shí)鐘脈沖作用后所產(chǎn)生的新相位數(shù)據(jù)反饋到加法器的輸入端，以使加法器在下一個(gè)時(shí)鐘脈沖的作用下繼續(xù)與頻率控制字相加。這樣，相位累加器在時(shí)鐘作用下，不斷對(duì)頻率控制字進(jìn)行線性相位累加。由此可以看出，相位累加器在每一個(gè)時(shí)鐘脈沖輸入時(shí)，把頻率控制字累加一次，相位累加器

22、輸出的數(shù)據(jù)就是合成信號(hào)的相位，相位累加器的溢出頻率就是ＤＤＳ輸出的信號(hào)頻率。 用相位累加器輸出的數(shù)據(jù)作為波形存儲(chǔ)器（ＲＯＭ）的相位取樣地址，這樣就可把存儲(chǔ)在波形存儲(chǔ)器內(nèi)的波形抽樣值（二進(jìn)制編碼）經(jīng)查找表查出，完成相位到幅值轉(zhuǎn)換。波形存儲(chǔ)器的輸出送到Ｄ／Ａ轉(zhuǎn)換器，Ｄ／Ａ轉(zhuǎn)換器將數(shù)字量形式的波形幅值轉(zhuǎn)換成所要求合成頻率的模擬量形式信號(hào)。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(hào)。 ＤＤＳ在相對(duì)帶寬、頻率轉(zhuǎn)換時(shí)間、高分辨

23、力、相位連續(xù)性、正交輸出以及集成化等一系列性能指標(biāo)方面遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了傳統(tǒng)頻率合成技術(shù)所能達(dá)到的水平，為系統(tǒng)提供了優(yōu)于模擬</p><p>　　下面我們討論DDS輸出頻率的推導(dǎo)：</p><p>　　一個(gè)頻譜純凈的單頻信號(hào)可表示為：</p><p><b>　?。?.1）</b></p><p>　　只要幅度U和初始相位不隨時(shí)

24、間變化，是常數(shù)，它的頻譜就是位于的一條譜線。這里為說(shuō)明問題方便起見，我們令U=1，=0，即</p><p><b>　?。?.2）</b></p><p>　　這種單頻信號(hào)的主要特性是它的相位是時(shí)間的線形函數(shù)，即</p><p><b>　?。?.3）</b></p><p>　　相位函數(shù)對(duì)時(shí)間的倒

25、數(shù)就常數(shù)</p><p><b>　?。?.4）</b></p><p>　　這就是信號(hào)的頻率。由式（1-3），（1-4）可知，相位函數(shù)是一條直線，它的斜率就是信號(hào)的頻率。</p><p>　　如果對(duì)式（1.2）信號(hào)進(jìn)行采樣，采樣周期為（即采樣頻率），則可得到離散的波形序列</p><p>　　(n=0,1,2,…)

26、 （1.5）</p><p><b>　　相應(yīng)的離散相位序列</b></p><p>　　(n=0,1,2,…) （1.6）</p><p><b>　　式中</b></p><p><b>　?。?.7）</b></p><p>　　是連續(xù)兩次采樣

27、之間的相位增量。</p><p>　　若采樣值在采樣間隔內(nèi)進(jìn)行保持，則可得到階梯狀的相位和信號(hào)波形。根據(jù)采樣定理，只要</p><p><b>　　（1.8）</b></p><p>　　從式（1.5）的離散序列即可唯一地恢復(fù)出式（1.2）的模擬信號(hào)。保持的作用則是可使得所需模擬信號(hào)的分量加大，且將采樣形成的高次諧波分量受到很大的抑制。因此，為

28、合成（1.2）的模擬信號(hào)，可先生成與其相對(duì)應(yīng)的階梯信號(hào)，再經(jīng)濾波而得到。</p><p>　　從式（1.3）已經(jīng)知道，是相位函數(shù)的斜率決定了信號(hào)的頻率，從式（1.5）和（1.6）可見，決定相位函數(shù)斜率的則是兩次連續(xù)采樣之間的相位增量。因此，只要控制這個(gè)相位增量即可控制合成信號(hào)的頻率。</p><p>　　綜上所述，為合成所需頻率的模擬信號(hào)，必須解決以下一些技術(shù)問題：</p>

29、<p>　　需控制每次采樣的相位增量，并輸出模的累加相位。這可以用相位累加器來(lái)完成；</p><p>　　將模的累加相位變換成相應(yīng)的正弦函數(shù)值的幅度，這里幅度可先用代碼表示，這可以用一只讀存儲(chǔ)器ROM來(lái)存儲(chǔ)一個(gè)正弦函數(shù)表的幅值代碼；</p><p>　　將幅度代碼變換成模擬電壓，這可由數(shù)模變換器DAC來(lái)完成；</p><p>　　相位累加器輸出的累加相位在

30、量詞采樣的間隔時(shí)間內(nèi)是保持的，因而最終從DAC輸出的電壓也是經(jīng)保持的階梯波，需經(jīng)低通濾波器之后才能得到所需的模擬電壓輸出。因此，就有了如圖1.1所示的DDS基本原理框圖。</p><p>　　DDS的工作實(shí)質(zhì)是以參考頻率源（用作一個(gè)穩(wěn)定時(shí)鐘）對(duì)相位進(jìn)行等可控間隔的采樣。其工作過程為：</p><p>　　以輸入數(shù)字信號(hào)K確定一個(gè)頻率值；</p><p>　　該頻率值

31、以數(shù)字信號(hào)累加至相位累加器以生成實(shí)時(shí)數(shù)字相位信息；</p><p>　　數(shù)字相位“字”轉(zhuǎn)換成正弦表中相應(yīng)的數(shù)字幅度值：“字”；</p><p>　　DAC將數(shù)字幅度值轉(zhuǎn)換成模擬幅度值；</p><p>　　DDS產(chǎn)生的混疊于干擾由抗混疊濾波器處理后輸出。</p><p>　　由于：，其中為一個(gè)采樣間隔之間的相位增量，采樣周期，則：</p

32、><p><b>　?。?.9）</b></p><p>　　通過改變的大小，就可以獲得不同的頻率輸出。</p><p>　　設(shè)相位累加器的字長(zhǎng)為N，控制ROM產(chǎn)生一整周正弦波輸出是L位，則相當(dāng)于rad，而L位中的MSB（最高有效位）相當(dāng)于rad，L位中的LSB（最低有效位）相當(dāng)于rad,同樣，相位累加器N位中的LSB相當(dāng)于rad，即為最小相位增量

33、，因此，頻率控制字K值對(duì)應(yīng)的相位增量為：</p><p><b>　?。?.10）</b></p><p>　　將（1.10）式代入（1.9）式，得</p><p><b>　?。?.11）</b></p><p>　　即通過改變K可以得到不同的頻率輸出。</p><p>　

34、　由式（1.3）可知DDS的頻率分辨率（也是最小的頻率間隔）為當(dāng)K=1時(shí)的輸出頻率：</p><p><b>　?。?.12）</b></p><p>　　可見參考輸入時(shí)鐘頻率一定時(shí)，其頻率分辨率由相位累加器的位數(shù)N決定。若取=100MHz，N=32，則=0.024Hz，即頻率分辨率高達(dá)0.024Hz，這也是最低的合成頻率。輸出頻率精度高是DDS的一大特點(diǎn)。</

35、p><p>　　DDS中輸出濾波器采用LPF，這是因?yàn)镈DS合成信號(hào)是正弦波時(shí)，D/A輸出擔(dān)心好中有許多不需要的寄生譜分量，只有基波分量才是所需的，因此在D/A之后需跟一個(gè)低通濾波器。</p><p>　　由Nyquist準(zhǔn)則可知，允許輸出最高頻率為/2，即K，但實(shí)際應(yīng)用中受LPF的限制，小于/2，以便濾除鏡像頻率，一般：</p><p><b>　?。?.1

36、3）</b></p><p>　　由此可見，DDS的工作頻帶較寬，可以合成從直流到0.4的頻率信號(hào)，同時(shí)它的輸出相位連續(xù)，頻率穩(wěn)定度高。</p><p>　　在DDS中，輸出信號(hào)波形的三個(gè)參數(shù)（頻率，相位和振幅A）都可以用輸入數(shù)據(jù)控制字來(lái)定義，因而可以完成數(shù)字調(diào)制。其頻率調(diào)制可以由改變頻率控制字來(lái)實(shí)現(xiàn)，相位調(diào)制可以由改變瞬時(shí)相位字來(lái)實(shí)現(xiàn)，振幅調(diào)制可以用在ROM的DAC之間加數(shù)字

37、乘法器來(lái)實(shí)現(xiàn)。因此，許多廠商在生產(chǎn)DDS ASIC芯片時(shí)，就考慮了調(diào)制性能，可直接利用這些DDS ASIC芯片完成所需的調(diào)制功能，這無(wú)疑為實(shí)現(xiàn)各種調(diào)制方式增添了更多的選擇，而且用DDS完成調(diào)制所帶來(lái)的好處是以前粗多完成相同調(diào)制任務(wù)的調(diào)制方案所難以比擬的。</p><p>　　一般的窄帶帶通信號(hào)調(diào)制輸出可表示為：</p><p><b>　?。?.14）</b><

38、/p><p>　　式中是載波頻率，u(t)是基帶信號(hào)的等效低通信號(hào)波形。</p><p><b>　　（1.15）</b></p><p>　　式中，分別為兩路正交符號(hào)序列，，是相應(yīng)符號(hào)的幅度和相角，是基本脈沖波形。當(dāng)是約束在中傳輸時(shí)，</p><p>　　當(dāng) （1.16）</p><

39、p><b>　　調(diào)制輸出為：</b></p><p><b>　?。?.17）</b></p><p>　　此調(diào)制波形s(t)可由基于DDS的通用數(shù)字調(diào)制系統(tǒng)產(chǎn)生。輸入數(shù)據(jù)首先轉(zhuǎn)化成極坐標(biāo)形式，其中的幅值經(jīng)過成形和內(nèi)插濾波器得到幅度調(diào)制值，相角為相位調(diào)制值，為調(diào)制中心頻率。</p><p>　　DDS的頻率調(diào)制高速可

40、變性使其非常適合于進(jìn)行頻率調(diào)制。如多級(jí)頻移鍵控（MFSK）調(diào)制：</p><p><b>　?。?.18）</b></p><p>　　式中是載波頻率，為相鄰頻率間隔，為輸入數(shù)據(jù)[=…]。顯然，只需將作為頻率值就可以實(shí)現(xiàn)MFSK調(diào)制，若進(jìn)一步隨時(shí)間跳變，則可以實(shí)現(xiàn)調(diào)頻調(diào)制。</p><p><b>　?。?.19）</b>

41、</p><p>　　式中T為符號(hào)時(shí)間，為輸入數(shù)據(jù)，g(t)為高斯低通濾波器的矩形脈沖響應(yīng)，是載波中心頻率?？梢酝瞥鯣MSK信號(hào)的實(shí)時(shí)頻率為：</p><p><b>　?。?.20）</b></p><p>　　輸入數(shù)據(jù)經(jīng)g(t)的成形濾波再加上載波頻率就生成頻率調(diào)制值，這種方式實(shí)現(xiàn)GMSK調(diào)制，比正交調(diào)制簡(jiǎn)單而且直接準(zhǔn)確地生成波形，兼實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)

42、便和精度高的特點(diǎn)。</p><p>　　由于DDS中NCO的相位，幅度都是數(shù)字的，所以用DDS非常易于實(shí)現(xiàn)靈活的高精度的數(shù)字調(diào)制，如FSK，MFSK，ASK，PSK，QPSK，QAM，GMSK等。其調(diào)制方式非常方便，調(diào)制質(zhì)量非常好?；贒DS的調(diào)制系統(tǒng)可將頻率合成和數(shù)字合成合二為一，系統(tǒng)大大簡(jiǎn)化，成本，復(fù)雜度也大大降低。</p><p>　　正因?yàn)镈DS的這些特點(diǎn)，在通信系統(tǒng)，跳頻和擴(kuò)頻系

43、統(tǒng)，電子戰(zhàn)和干擾系統(tǒng)，多譜勒和線形調(diào)頻雷達(dá)，無(wú)線電和電視廣播設(shè)備，HDTV以及測(cè)試設(shè)備等系統(tǒng)中必將會(huì)有非常廣泛的用途，尤其是，它很適宜用于數(shù)控多譜勒加到達(dá)角探測(cè)系統(tǒng)中。</p><p><b>　　1.2 DDS性能</b></p><p>　　相對(duì)于傳統(tǒng)的合成技術(shù)而言，直接數(shù)字頻率（DDS）由于采用了數(shù)字處理技術(shù)，因而能夠避免許多傳統(tǒng)技術(shù)的不足。相對(duì)于直接模擬合成和

44、鎖相環(huán)而言，直接數(shù)字頻率（DDS）主要就有以下特點(diǎn)：</p><p>　　(1) 輸出頻率相對(duì)帶寬較寬　　輸出頻率帶寬為５０％ｆs（理論值）。但考慮到低通濾波器的特性和設(shè)計(jì)難度以及對(duì)輸出信號(hào)雜散的抑制，實(shí)際的輸出頻率帶寬仍能達(dá)到４０％ｆs。 (2) 頻率轉(zhuǎn)換時(shí)間短 　?。模模邮且粋€(gè)開環(huán)系統(tǒng)，無(wú)任何反饋環(huán)節(jié)，這種結(jié)構(gòu)使得ＤＤＳ的頻率轉(zhuǎn)換時(shí)間極短。事實(shí)上，在ＤＤＳ的頻率控制字改變之后，需經(jīng)過一個(gè)時(shí)鐘周期之后按

45、照新的相位增量累加，才能實(shí)現(xiàn)頻率的轉(zhuǎn)換。因此，頻率轉(zhuǎn)換的時(shí)間等于頻率控制字的傳輸時(shí)間，也就是一個(gè)時(shí)鐘周期的時(shí)間。時(shí)鐘頻率越高，轉(zhuǎn)換時(shí)間越短。ＤＤＳ的頻率轉(zhuǎn)換時(shí)間可達(dá)納秒數(shù)量級(jí)，比使用其它的頻率合成方法都要短數(shù)個(gè)數(shù)量級(jí)。  (3) 頻率分辨率極高　　若時(shí)鐘ｆs的頻率不變，ＤＤＳ的頻率分辨率就由相位累加器的位數(shù)Ｎ決定。只要增加相位累加器的位數(shù)Ｎ即可獲得任意小的頻率分辨率。目前，大多數(shù)ＤＤＳ的分辨率在１Ｈｚ數(shù)量級(jí)，許多小于１ｍＨｚ甚至更

46、小。 （４）相位變化連續(xù) 　　改變ＤＤＳ輸出頻率，實(shí)際上改變的每一個(gè)時(shí)鐘周期的相位增量，相位函數(shù)的曲線是連續(xù)的，只是在改變頻率的瞬間其頻率發(fā)生了突變，因而保持了信號(hào)相位的連續(xù)性。 （５）輸出波形的靈活性　　只</p><p>　　目前已集成化的DDS芯片主要有CMOS型，TTL型，ECL型以及GaAs型等，其中GaAs型稀密度，甚高速，信噪比可達(dá)40–75dB，ECL型低密度集成，速度較高，而CMOS型

47、價(jià)格便宜，速度較低。而各大芯片制造廠商都相繼推出采用先進(jìn)CMOS工藝生產(chǎn)的高性能和多功能的DDS芯片（其中應(yīng)用較為廣泛的是AD公司的AD985X系列），為電路設(shè)計(jì)者提供了多種選擇。目前國(guó)內(nèi)能買到的多為CMOS型低價(jià)的DDS芯片，它的工作頻率較低，不過隨著集成制造技術(shù)的進(jìn)步，現(xiàn)在的CMOS型DDS芯片的最高工作頻率已可達(dá)數(shù)百兆赫茲，完全可以滿足數(shù)控多譜勒加到達(dá)角探測(cè)系統(tǒng)對(duì)頻率源的要求?，F(xiàn)在DDS的工作速度主要受到D/A變換器的限制。<

48、;/p><p>　　而本文采用的是AD公司生產(chǎn)的AD9851芯片來(lái)實(shí)現(xiàn)技術(shù)指標(biāo)的。</p><p>　　2 課題總體方案設(shè)計(jì)及論證</p><p>　　2.1 設(shè)計(jì)任務(wù)及初步規(guī)劃設(shè)計(jì)</p><p>　　本課題是利用高性能DDS芯片設(shè)計(jì)頻率范圍在0～10 MHz，并能夠?qū)崿F(xiàn)調(diào)頻、調(diào)幅的信號(hào)源。要求其頻率穩(wěn)定度小于等于10-6 </p>

49、;<p>　　在對(duì)本課題總體規(guī)劃設(shè)計(jì)過程中，主要可分成以下幾塊：</p><p>　　(1) 控制電路的設(shè)計(jì)，其主要功能是完成對(duì)DDS芯片的控制，包括頻率控制字，相位控制字等的數(shù)據(jù)輸入信號(hào)以及頻率更新和字輸入時(shí)鐘端等的控制信號(hào)。這些控制信號(hào)可以由PC機(jī)，單片機(jī)，可編程邏輯器件PLD，或者常規(guī)的數(shù)字邏輯電路來(lái)產(chǎn)生。PLD是由用戶在工作現(xiàn)場(chǎng)進(jìn)行編程的邏輯器件，在產(chǎn)品研制的未定型階段，這種方式比較靈活，常

50、規(guī)的數(shù)字邏輯電路最簡(jiǎn)單，價(jià)格最便宜，最容易上手，但不夠靈活。而單片機(jī)具有體積小，可控性高，控制功能強(qiáng)，使用方便，性價(jià)比較高等諸多優(yōu)點(diǎn)，我準(zhǔn)備采用常用的控制電路的芯片AT8951單片機(jī)來(lái)完成控制部分的功能。</p><p>　　(2) 參考時(shí)鐘電路設(shè)計(jì)。參考頻率源可選用普通晶體振蕩器，溫補(bǔ)晶體振蕩器或恒溫控制晶體震蕩器等。其中恒溫控制晶體震蕩器的性能指標(biāo)最好，但體積最大，價(jià)格也最貴，而普通晶體振蕩器雖價(jià)格便宜，但其

51、頻率穩(wěn)定度通常較低，所以在工程實(shí)際中，一般采用溫補(bǔ)晶體振蕩器作為DDS的參考時(shí)鐘輸入比較合適。</p><p>　　(3) 系統(tǒng)電源設(shè)計(jì)。系統(tǒng)電源可由直流穩(wěn)壓穩(wěn)流電源提供，為了安全起見，在電源的后面接上穩(wěn)壓塊，由穩(wěn)壓塊穩(wěn)壓到電路所需的電壓值。直流電源的紋波越小，對(duì)提高DDS的性能就越有好處。</p><p>　　(4) 正弦信號(hào)發(fā)生電路。本課題首先要用DDS芯片產(chǎn)生一頻率穩(wěn)定且可調(diào)的正弦信

52、號(hào)，因此正弦信號(hào)性能的好壞直接決定了該設(shè)計(jì)是否符合技術(shù)指標(biāo)要求，還有進(jìn)一步的調(diào)幅性能的好壞。鑒于2中對(duì)DDS芯片AD9851的介紹，用該芯片便可在理論上具有可行性。</p><p>　　(5) 波形的整定電路設(shè)計(jì)。實(shí)際設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)上，由于輸入DDS芯片的參考時(shí)鐘脈沖效果不理想，DDS相位截?cái)嗾`差,幅度量化誤差和DAC的非線形，輸出信號(hào)存在不同程度的相位噪聲和雜散信號(hào)，因此在設(shè)計(jì)中，在DDS輸出的輸出信號(hào)之后加一低通

53、濾波器，濾除不必要的噪聲干擾。</p><p>　　(6) 調(diào)幅電路設(shè)計(jì)。調(diào)幅是本設(shè)計(jì)一個(gè)很重要的環(huán)節(jié)，用前面正弦信號(hào)輸出作為調(diào)幅載波，利用RC振蕩器產(chǎn)生一定頻率的正弦信號(hào)作為調(diào)幅信號(hào)，利用乘法器將調(diào)幅信號(hào)調(diào)制到載波頻率上。</p><p>　　2.2 方案提出及系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)框圖</p><p>　　2.2.1 系統(tǒng)各部分設(shè)計(jì)方案</p><p&

54、gt;　　(1)．常見信號(hào)源制作方法</p><p>　　方案 一 ：采用模擬分立元件或單片壓控函數(shù)發(fā)生器MAX038，可產(chǎn)生正弦波，方波，三角波，通過調(diào)整外部元件可改變輸出頻率，但采用模擬器件由于分散性太大，即使使用單片函數(shù)發(fā)生器，參數(shù)也揶揄外部元件有關(guān)，因而產(chǎn)生的頻率穩(wěn)定度較差，精度不高，抗干擾能力較低成本較高。</p><p>　　方案 二 ：采用鎖相式頻率合成方案，鎖相式頻率合成是

55、將一個(gè)高穩(wěn)定度和高精度的標(biāo)準(zhǔn)頻率經(jīng)過加減乘除的運(yùn)算產(chǎn)生同樣穩(wěn)定度和精確度的 大量離散頻率的技術(shù)，它在一定程度上解決了既要頻率穩(wěn)定精確，又要頻率在較大范圍內(nèi)可變的矛盾，但頻率受VCO可變頻率范圍響，高低頻率比不可能作得很高。</p><p>　　方案 三：采用DDS，即直接數(shù)字頻率合成，其原理方框圖如圖3.1所示：</p><p><b>　　圖2.1</b></

56、p><p>　　它以有別于其它頻率合成方法的優(yōu)越性能和特點(diǎn)成為現(xiàn)代頻率合成技術(shù)中的佼佼者。具體體現(xiàn)在相對(duì)帶寬、頻率轉(zhuǎn)換時(shí)間短、頻率分辨率高、輸出相位連續(xù)、可產(chǎn)生寬帶正交信號(hào)及其他多種調(diào)制信號(hào)、可編程和全數(shù)字化、控制靈活方便等方面，并具有極高的性價(jià)比,正因如此，我們采用方案三。</p><p><b>　　(2) 調(diào)頻電路 </b></p><p>

57、　　方案 一 ：D/A控制</p><p>　　此方案預(yù)先測(cè)試和計(jì)算好產(chǎn)生固定頻率所需的控制電壓，為方便控制將它量化存于ROM之中，在需要時(shí)利用單片機(jī)控制D/A轉(zhuǎn)換即可完成，此方案設(shè)計(jì)的是一個(gè)開環(huán)的系統(tǒng)，他的穩(wěn)定性不好，且頻率步進(jìn)無(wú)法做得很小。</p><p>　　方案 二 ：壓控振蕩器</p><p>　　壓控振蕩器的輸出頻率是隨著輸入電壓的改變而改變的，鑒于此，

58、如果用調(diào)制信號(hào)來(lái)控制壓控振蕩器的輸入電壓，即可實(shí)現(xiàn)調(diào)頻。這樣顯然簡(jiǎn)單而容易控制，且精度較高。</p><p>　　方案三：通過軟件實(shí)現(xiàn)</p><p>　　還可以完全通過改變DDS的頻率控制字的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)頻率可調(diào)。這種方法不需要硬件電路，只是通過軟件設(shè)計(jì)及鍵盤預(yù)設(shè)一定頻率，由單片機(jī)來(lái)控制改變DDS頻率控制字參數(shù)，即可實(shí)現(xiàn)調(diào)頻。因此考慮采用本方案。

59、 </p><p><b>　　(3) 調(diào)幅電路</b></p><p>　　方案 一 采用分立器件實(shí)現(xiàn)，但其電路制作繁復(fù)且性能不甚理想。</p><p>　　方案 二 用模擬乘法器MC1496實(shí)現(xiàn)調(diào)制信號(hào)對(duì)載波信號(hào)的幅度調(diào)制，由于輸出正弦波頻率非常高，根據(jù)以往的經(jīng)驗(yàn)，從1K到1MHZ 得出的波形是很好，但從1MHZ至

60、10MHZ時(shí)由于輸出幅度不夠，波形明顯失真。 </p><p><b>　　(4) 顯示模塊</b></p><p>　　方案一 采用普通LED 顯示，其優(yōu)點(diǎn)是操作方便，但顯示信息及功能少，且耗電量大。</p><p>　　方案二 采用液晶（LCD）顯示，界面形象清晰，內(nèi)容豐富，可顯示復(fù)雜字符，易于和單片機(jī)接口，且耗電少。故選用該方案。 <

61、;/p><p>　　2.2.2 系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)框圖</p><p>　　本系統(tǒng)通過單片機(jī)控制AD9851頻率控制字實(shí)現(xiàn)頻率合成，經(jīng)低通濾波器濾除噪聲和雜散信號(hào)就可得到比較純正的正弦信號(hào)。同時(shí)，調(diào)制正弦波信號(hào)通過單片機(jī)AD采樣后，并行輸入改變DDS芯片頻率控制字就可實(shí)現(xiàn)調(diào)頻，基本不需要外圍電路，且最大頻偏可由軟件任意改變。得到效果比較好的正弦波信號(hào)以后，再通過乘法器設(shè)計(jì)的一個(gè)調(diào)幅器完成對(duì)信號(hào)的調(diào)幅

62、操作。整個(gè)系統(tǒng)的整體設(shè)計(jì)框圖如下圖2.2所示：</p><p>　　圖2.2 系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)框圖</p><p><b>　　3 硬件電路設(shè)計(jì)</b></p><p>　　3.1 直接數(shù)字頻率合成模塊</p><p>　　這里我們采用的是AD公司的DDS系列芯片之一的AD9851，其優(yōu)異的功能，尤其是其先進(jìn)的CMOS工藝

63、，使其得到廣泛的應(yīng)用。下面就介紹AD9851的原理及性能。</p><p>　　3.1.1 AD9851內(nèi)部結(jié)構(gòu)</p><p>　　AD9851芯片是AD公司生產(chǎn)的最高時(shí)鐘頻率為180MHz，采用先進(jìn)的CMOS技術(shù)的高集成度直接數(shù)字式頻率合成器件。它由一個(gè)高速DDS，一個(gè)高性能DAC以及比較器等構(gòu)成一個(gè)完全數(shù)字控制可編程頻率合成器，其時(shí)鐘輸入端內(nèi)置一個(gè)6倍頻器，并且具有始終產(chǎn)生共嫩能夠。

64、AD9851的原理框圖如圖3.1所示：</p><p>　　圖3.1 AD9851原理框圖</p><p>　　AD9851芯片的主要性能特點(diǎn)有：① 語(yǔ)序最高輸入時(shí)鐘180MHz，同時(shí)可選擇是否啟用內(nèi)含的6倍頻乘法器；② 帶有高性能的十位數(shù)模轉(zhuǎn)換器；③ 內(nèi)含一個(gè)高速比較器；④ 具有簡(jiǎn)化的控制接口，允許串/并行異步輸入控制字；⑤ 采用32位頻率控制字；⑥ 內(nèi)部使用5位相位調(diào)制字；⑦ 允許工作

65、電源范圍：+2.7v+5.25v；⑧ 可以工作在掉電方式（低功耗）：4mW+2.7v；⑨ 其自由寄生動(dòng)態(tài)范圍（SFDR）>43dB@70MHz輸出；⑩ 采用極小的28腳貼片式封裝。</p><p>　　AD9851可用作一個(gè)高精度的可編程的數(shù)字頻率合成器和時(shí)鐘生成器，當(dāng)參考時(shí)鐘源的頻率精度很高時(shí)，AD9851輸出的數(shù)字化的模擬正弦波的頻率和相位都很穩(wěn)定，生成的正弦波經(jīng)濾波后可直接用作頻率源，也可通過內(nèi)部的比

66、較器轉(zhuǎn)換成方波作時(shí)鐘源。 </p><p>　　由于AD9851的核心具有32bits的頻率控制字，當(dāng)系統(tǒng)輸入時(shí)鐘頻率為180MHz時(shí)，其輸出頻率分辨率接近0.024Hz。AD9851還提供5bits的可編程相位控制字，其輸出相位可以以11.25的增益改變?？删幊虇⒂肁D9851內(nèi)部集成的6倍頻參考時(shí)鐘乘法器這樣輸入的時(shí)鐘頻率不需要很高，且該乘法器具有很小的SFDR和相位噪聲。</p><p

67、>　　3.1.2 AD9851芯片引腳分布及功能介紹</p><p>　　AD9851芯片引腳分布如圖3.2所示：</p><p>　　圖3.2 AD9851引腳分布</p><p>　　AD9851內(nèi)含一個(gè)40bits的積存器，用于儲(chǔ)存32位控制字，5位相位調(diào)制字以及6倍頻參考時(shí)鐘乘法器使能和芯片掉電方式控制字。AD9851的控制數(shù)據(jù)，頻率控制字和相位調(diào)制字

68、可以以并行或串行異步兩種方式輸入。并行輸入時(shí)沒次輸入8bits分5次連續(xù)輸入，其中，頭8bits控制輸出相位，6倍頻器啟動(dòng)/關(guān)閉，掉電工作方式以及輸入方式，余下的32bits是頻率控制字；串行輸入時(shí)，40bits串行數(shù)據(jù)通過其一根數(shù)據(jù)線（D7）依次串行輸入。表3.1列出了AD9851各引腳功能：</p><p>　　表3.1 AD9851引腳功能表</p><p>　　AD9851采用先

69、進(jìn)的CMOS集成技術(shù)，當(dāng)其工作在最高時(shí)鐘頻率180MHz，電源電壓為+5v時(shí)，功毫僅為550mW，當(dāng)電源電壓大于3v時(shí)，它可在-40℃～+85℃下正常工作，當(dāng)電源電壓低于3v時(shí)，AD9851可在0℃～+85℃下工作。</p><p>　　上電復(fù)位后，AD9851相位累加器的值為0，輸出直流，相位偏移寄存豈的值為0，內(nèi)部程序地址指針指向W0，掉電位清零（不掉電工作），6倍頻器不工作，但40位輸入寄存豈未被清零，同時(shí)

70、AD9851被自動(dòng)置為行輸入模式，40bits控制字通過8位數(shù)據(jù)線分5次裝入40位輸入寄存器，其8bits×5并行輸入數(shù)據(jù)/控制字功能表如表3.2所示：</p><p>　　表3.2 并行輸入方式</p><p>　　其中，W0中的D3～D7為相位調(diào)制字，D2為掉電方式控制字，D2=0為非掉電方式，D2=1為掉電方式，D1在并行方式下始終為0，D0為6倍頻器使能位，D0=0，6倍

71、頻不工作，D0=1，啟用6倍頻器，W1～W4為輸入頻率控制字?？刂谱州斎胧茈娖叫盘?hào)控制，W CLK端每來(lái)一個(gè)上升沿就并行輸入一次8bits數(shù)據(jù)，輸入數(shù)據(jù)的順序依次為：W0-W1-W2-W3-W4，W CLK端來(lái)5個(gè)上升沿，8bits×5次數(shù)據(jù)輸入完后，40bit輸入寄存器滿，這時(shí)在端來(lái)一個(gè)上升沿，即可啟動(dòng)DDS核心工作產(chǎn)生所設(shè)置的頻率信號(hào)，同時(shí)AD9851內(nèi)部程序地址指針又回到W0。</p><p>　

72、　串行輸入控制字功能表如表3.3所示：</p><p>　　表3.3 串行輸入方式</p><p>　　當(dāng)以串行異步方式輸入控制字時(shí)，一般可先復(fù)位，再以并行方式輸入第一個(gè)控制字W0=XXXXX011，然后在端輸入一個(gè)上升沿信號(hào)，即可將AD9851設(shè)置為串行輸入模式，這時(shí)可以以串行方式立即輸入40bits控制字。AD9851 40bits串行輸入控制字功能如表3.3所示。在串行輸入模式下，4

73、0個(gè)連續(xù)的上升沿將40bits數(shù)據(jù)通過AD9851的25腳（D7）按照的順序依次送入40位輸入寄存器，產(chǎn)生一個(gè)所設(shè)置的頻率信號(hào)輸出。</p><p>　　在這里給出了單片機(jī)控制下的直接數(shù)字合成模塊并行輸入方式的設(shè)計(jì)電路圖3.3所示：</p><p>　　圖3.3 AD9851及濾波器電路</p><p>　　選用一個(gè)20MHz高穩(wěn)定有源晶振，既保證輸出頻率穩(wěn)定，減小

74、高頻輻射，又提高了系統(tǒng)的電磁兼容能力?？刂齐娐烦跏蓟疉D9851，時(shí)鐘信號(hào)為120MHz，DDFS在脈沖展寬信號(hào)的激勵(lì)下產(chǎn)生線性調(diào)頻信號(hào)。然后經(jīng)過濾波器濾除帶外的雜散和諧波分量，得到比較純凈的正弦信號(hào)。</p><p>　　下面分析AD9851實(shí)現(xiàn)準(zhǔn)確頻偏調(diào)頻的計(jì)算過程：</p><p>　　AD9851有源晶振頻率為20MHz, 內(nèi)部6倍頻，即工作頻率120MHz，頻率控制字FSW為32

75、位，則1Hz頻偏控制字ΔFSW為：</p><p>　　35.7913 （3.1）</p><p>　　10kHz時(shí)的頻偏控制字即：</p><p>　　ΔFSW×10000=35．7913×10000＝357913 （3.2）</p><p>　　10位ADC

76、采樣調(diào)頻，則量化峰值＝512對(duì)應(yīng)最大頻偏10kHz，則</p><p>　　每單位量化值的頻偏控制字為：</p><p>　　357913/512699 （3.3）</p><p><b>　　則實(shí)時(shí)頻偏控制字：</b></p><p>　　ΔFSW＝頻率控制字

77、的改變值＝（ADC采樣值－直流電平）×699 （3.4）</p><p>　　3.2 單片機(jī)控制電路設(shè)計(jì)</p><p>　　AT89S51是一種帶4K字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲(chǔ)器FPEROM的低電壓，高性能CMOS8位微處理器，俗稱單片機(jī)。該器件采用ATMEL高密度非易失存儲(chǔ)器制造技術(shù)制造，與工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的MCS-51指令集和輸出管腳相兼容。由于將多功能8位CPU和

78、閃爍存儲(chǔ)器組合在單個(gè)芯片中，ATMEL的AT89S51是一種高效微控制器，為很多嵌入式控制系統(tǒng)提供了一種靈活性高且價(jià)廉的方案。 </p><p>　　3.2.1 主要特性·與MCS-51 兼容 ·128*8位內(nèi)部RAM·4K字節(jié)可編程閃爍存儲(chǔ)器 ·32可編程I/O線·壽命：1000寫/

79、擦循環(huán) ·兩個(gè)16位定時(shí)器/計(jì)數(shù)器·數(shù)據(jù)保留時(shí)間：10年 ·5個(gè)中斷源·全靜態(tài)工作：0Hz-24Hz ·可編程串行通道·三級(jí)程序存儲(chǔ)器鎖定 ·低功耗的閑置和掉電模式·片內(nèi)振蕩器和時(shí)鐘電路</p>&l

80、t;p>　　3.2.2 主要功能介紹     VCC：供電電壓+5V GND：接地 P0口：P0口為一個(gè)8位漏級(jí)開路雙向I/O口，每腳可吸收8TTL門電流。當(dāng)P1口的管腳第一次寫1時(shí)，被定義為高阻輸入。P0能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器，它可以被定義為數(shù)據(jù)/地址的第八位。在FIASH編程時(shí)，P0 口作為原碼輸入口，當(dāng)FIASH進(jìn)行校驗(yàn)時(shí)，P0輸

81、出原碼，此時(shí)P0外部必須被拉高。 P1口：P1口是一個(gè)內(nèi)部提供上拉電阻的8位雙向I/O口，P1口緩沖器能接收輸出4TTL門電流。P1口管腳寫入1后，被內(nèi)部上拉為高，可用作輸入，P1口被外部下拉為低電平時(shí)，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。在FLASH編程和校驗(yàn)時(shí)，P1口作為第八位地址接收。 P2口：P2口為一個(gè)內(nèi)部上拉電阻的8位雙向I/O口，P2口緩沖器可接收，輸出4個(gè)TTL門電流，當(dāng)P2口被寫“1”時(shí)，其管腳被內(nèi)部

82、上拉電阻拉高，且作為輸入。并因此作為輸入時(shí)，P2口的管腳被外部拉低，將輸出電流。這是由于內(nèi)部上拉的緣故。P2口當(dāng)用于外部程序存儲(chǔ)器或16位地址外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器進(jìn)行存取時(shí)，P2口輸出</p><p>　　RST：復(fù)位輸入。當(dāng)振蕩器復(fù)位器件時(shí)，要保持RST腳兩個(gè)機(jī)器周期的高電平時(shí)間。ALE/PROG：當(dāng)訪問外部存儲(chǔ)器時(shí)，地址鎖存允許的輸出電平用于鎖存地址的地位字節(jié)。在FLASH編程期間，此引腳用于輸入編程脈沖。在平時(shí)

83、，ALE端以不變的頻率周期輸出正脈沖信號(hào)，此頻率為振蕩器頻率的1/6。因此它可用作對(duì)外部輸出的脈沖或用于定時(shí)目的。然而要注意的是：每當(dāng)用作外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，將跳過一個(gè)ALE脈沖。如想禁止ALE的輸出可在SFR8EH地址上置0。此時(shí)， ALE只有在執(zhí)行MOVX，MOVC指令是ALE才起作用。另外，該引腳被略微拉高。如果微處理器在外部執(zhí)行狀態(tài)ALE禁止，置位無(wú)效。   /PSEN：外部程序存儲(chǔ)器的選通信號(hào)。在由外部程

84、序存儲(chǔ)器取指期間，每個(gè)機(jī)器周期兩次/PSEN有效。但在訪問外部數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器時(shí)，這兩次有效的/PSEN信號(hào)將不出現(xiàn)。   /EA/VPP：當(dāng)/EA保持低電平時(shí)，則在此期間外部程序存儲(chǔ)器（0000H-FFFFH），不管是否有內(nèi)部程序存儲(chǔ)器。注意加密方式1時(shí)，/EA將內(nèi)部鎖定為RESET；當(dāng)/EA端保持高電平時(shí)，此間內(nèi)部程序存儲(chǔ)器。在FLASH編程期間，此引腳也用于</p><p>　　3.3 調(diào)

85、幅模塊設(shè)計(jì)</p><p>　　3.3.1 MC1496內(nèi)部結(jié)構(gòu)</p><p>　　振幅調(diào)制部分主要采用模擬乘法器集成芯片來(lái)實(shí)現(xiàn)。高頻電子線路中的振幅調(diào)制，同相檢波，混頻，倍頻，鑒頻，鑒相等調(diào)制與解調(diào)的過程，都可以視為兩個(gè)信號(hào)相乘或者包含相乘的過程。采用集成模擬乘法器實(shí)現(xiàn)上述功能比采用分立期間簡(jiǎn)單得多，而且性能優(yōu)越。所以目前在無(wú)線通信，廣播電視等方面應(yīng)用較多。集成模擬乘法器的常見產(chǎn)品有M

86、C1495/1496，LM1595/15966等。新產(chǎn)品有超高頻模擬乘法器AD834（其帶寬BW=500MHz～1GHz），AD835，超高精度模擬乘法器AD734（其帶寬BW=40MHz,精度為0.1%），其中后面三種也都是美國(guó)AD公司的產(chǎn)品。本系統(tǒng)用比較普通的MC1496來(lái)實(shí)現(xiàn)調(diào)幅功能，它是MOTOROLA公司生產(chǎn)的，是通信專用IC，也是業(yè)余無(wú)線電收發(fā)訊機(jī)常用IC。下面介紹一下MC1496芯片。</p><p&g

87、t;　　MC1496是雙平衡四象限模擬乘法器，其內(nèi)部電路如圖3.4所示：</p><p>　　圖3.4 MC1496內(nèi)部電路圖</p><p>　　其中，T1，T2于T3，T4組成雙差分放大器，集電極負(fù)載電阻是Rc1,Rc2。T5，T6組成的單差分放大器用于激勵(lì)T1～T4。T7，T8及其偏置電路構(gòu)成恒流電路。引腳8和10接輸入電壓vx，1和4接另一輸入電壓vy，輸出電壓Vo從引腳6和12輸

88、出。引腳2和3外接電阻RE，對(duì)差分放大器T5，T6產(chǎn)生電流負(fù)反饋，可調(diào)節(jié)乘法器的信號(hào)增益，擴(kuò)展輸入電壓Vy的線形動(dòng)態(tài)范圍，引腳14為負(fù)電源端（雙電源供電時(shí)）或接地端（單電源供電時(shí)），引腳5外接R5，用來(lái)調(diào)節(jié)偏置電流I5及鏡像電流IO的值。</p><p>　　3.3.2 MC1496靜態(tài)工作點(diǎn)的設(shè)置</p><p>　?。?）靜態(tài)偏置電壓的設(shè)置</p><p>　　

89、靜態(tài)偏置電壓的設(shè)置應(yīng)保證各個(gè)晶體管工作放大狀態(tài)，即晶體管的集-基極間的電壓應(yīng)大于或等于2V，小于或等于最大允許工作電壓。根據(jù)MC1496的特性參數(shù)，對(duì)于圖3.4所示的內(nèi)部電路，在應(yīng)用時(shí)，靜態(tài)偏置電壓應(yīng)滿足下列關(guān)系：</p><p><b>　?。?.5）</b></p><p><b>　　（3.6）</b></p><p&g

90、t;　　（2）靜態(tài)偏置電流的確定</p><p>　　靜態(tài)偏置電流主要由恒流源的值來(lái)確定。當(dāng)器件為單電源工作時(shí)，因腳14接地，5腳通過一電阻接正電源（的典型值為+12V），由于是的鏡像電流，所以改變電阻可以調(diào)節(jié)的大小，即</p><p><b>　　（3.7）</b></p><p>　　當(dāng)器件為雙電源工作時(shí)，引腳14接負(fù)電源（一般接-8V），

91、5腳通過電阻接地，因此，改變也可以調(diào)節(jié)的大小，即</p><p><b>　?。?.8）</b></p><p>　　根據(jù)MC1496的性能參數(shù)，器件的靜態(tài)電流應(yīng)小于4mA，一般取=1mA左右。</p><p>　　器件的總毫散功率可由下式估算：</p><p><b>　?。?.9）</b><

92、;/p><p>　　應(yīng)小于器件的最大允許毫散功率（33mW）。</p><p>　　3.3.3 MC1496在振幅調(diào)制中的應(yīng)用</p><p>　　振幅調(diào)制就是使載波信號(hào)的振幅隨調(diào)制信號(hào)的變化規(guī)律而變化。通常載波信號(hào)為高頻信號(hào)，調(diào)制信號(hào)為低頻信號(hào)。設(shè)載波信號(hào)的表達(dá)式為：</p><p>　　vc(t)=Vcmcosωct

93、 (3.10)</p><p>　　調(diào)制信號(hào)的表達(dá)式為：</p><p>　　vΩ (t)=VΩmcosΩt （3.11）</p><p>　　則調(diào)幅信號(hào)的表達(dá)式為： </p><p>　　vo(t)= Vcm(1+mcosΩt) cosωct</p><p>　　=

94、Vcmcosωct+1/2mVcmcosωc+Ω)t+1/2mVcmcos(ωc-Ω)t （3.12）</p><p>　　式中，m為調(diào)制指數(shù)，m=VΩm/Vcm；Vcmcosωct為載波信號(hào)；1/2mVcmcosωc+Ω)t為上邊帶信號(hào)；1/2mVcmcos(ωc-Ω)t為下邊帶信號(hào)。它們的波形及頻譜如圖3.4所示：</p><p>　　圖3.5 a.調(diào)幅波波形 b.

95、調(diào)幅波頻譜</p><p>　　由圖可見，調(diào)幅波中的載波分量占很大的比重，因此，信息傳輸效率較低，稱這種調(diào)幅為有載波調(diào)制。為提高信息傳輸效率，廣泛采用抑制載波的雙邊帶或單邊帶振幅調(diào)制。雙邊帶調(diào)幅波的表達(dá)式為：</p><p>　　vo(t)= 1/2mVcmcosωc+Ω)t+1/2mVcmcos(ωc-Ω)t （3.13）</p><p>　　單邊

96、帶調(diào)幅波的表達(dá)試為：</p><p>　　vo(t)= 1/2mVcmcosωc+Ω)t （3.14）</p><p>　　或vo(t)= 1/2mVcmcos(ωc-Ω)t （3.15）</p><p>　　MC1496構(gòu)成的振幅調(diào)制器電路如圖3.5所示。其中，

97、載波信號(hào)vc經(jīng)高頻耦合電容C2從10腳(vx端)輸入，C3為高頻旁路電容，使8腳交流接地；調(diào)制信號(hào)vΩ經(jīng)低頻耦合電容C1從1腳（vy端）輸入，C4為低頻旁路電容，使4腳交流接地。調(diào)幅信號(hào)vo從12腳輸出。采用雙電源供電方式，所以5腳的偏置電阻R5接地，由式（3.12）可計(jì)算靜態(tài)偏置電流或，即</p><p><b>　?。?.16）</b></p><p>　　圖3.

98、6 MC1496構(gòu)成的調(diào)幅器</p><p>　　腳2和3間接入負(fù)反饋電阻，以擴(kuò)展調(diào)制信號(hào)v的線形動(dòng)態(tài)范圍，增大，線形范圍增大，但乘法器的增益隨之減小。</p><p>　　電阻及提供靜態(tài)偏置電壓，保證乘法器內(nèi)部的各個(gè)晶體管工作在放大狀態(tài)，所以阻值的選取應(yīng)滿足式（3.5），（3.6）的要求。對(duì)于圖3.5所示電路參數(shù)，靜態(tài)時(shí)（v=v=0）,測(cè)量其間各引腳的電壓如下：</p>&

99、lt;p>　　引腳 8 10 1 4 6 12 2 3 5 7 14</p><p>　　電壓/V 6.0 6.0 0.0 0.0 8.6 8.6 –0.7 –0.7 –6.8 0.0 –8.0</p><p>　　與電位器RP組成平衡調(diào)節(jié)電路，改變RP的值可以使乘法器實(shí)現(xiàn)抑制載波

100、的振幅調(diào)制或有載波的振幅調(diào)制，操作過程如下：</p><p>　?。?）抑制載波振幅調(diào)制</p><p>　　v端輸入載波信號(hào)v（t）,其頻率=5MHz,峰-峰值=40mV（可以根據(jù)器件性能，增大）。v端輸入調(diào)制信號(hào)v（t），其頻率=1KHz，先使峰-峰值V=0。調(diào)節(jié)RP，使輸出v=0（此時(shí)V=V）。再逐漸增加V，則輸出信號(hào)v(t)的幅度逐漸增大。由于器件內(nèi)部參數(shù)不可能完全對(duì)稱，致使輸出波

101、形出現(xiàn)載波漏信號(hào)。腳1和4分別接電阻和R，以抑制載波漏信號(hào)和改善溫度性能。如果v的波形上，下不對(duì)稱，則可在或R或8腳的支路中串入100電位器，調(diào)節(jié)該電位器即可改善波形對(duì)稱性。</p><p>　?。?）有載波振幅調(diào)制</p><p>　　vx端輸入載波信號(hào)v(t), =40mV. V=0時(shí)，調(diào)節(jié)平衡電位器RP，使輸出信號(hào)vo（t）中有載波輸出，此時(shí)，約十幾毫伏（此時(shí)V V）。再?gòu)膙y端輸入

102、調(diào)制信號(hào)v，其=1KHz,當(dāng)V由零逐漸增大時(shí)，則輸出信號(hào)v(t)的幅度發(fā)生變化，當(dāng)V為幾百毫伏時(shí)，調(diào)幅系數(shù)</p><p>　　m= （3.17）</p><p>　　式中，V為調(diào)幅波幅度的最大值；V為調(diào)幅波幅度的最小值。</p><p>　　3.4 鍵盤與顯示模塊設(shè)計(jì)　　　　LCD</p><p>

103、;　　為了更好的做到人機(jī)交互，我們?cè)O(shè)計(jì)了鍵盤與顯示模塊，以便使頻率方便可調(diào)和并準(zhǔn)確，快速的在LCD上顯示。這就要求設(shè)計(jì)好鍵盤與顯示部分。</p><p>　　鍵盤我們采用44開關(guān)量鍵盤，這樣可以按步進(jìn)方式來(lái)提高或減低所選頻率。如圖4.5所示，上面8個(gè)是高4位步進(jìn)增或減，其中S1，S2，S3，S4是頻率增加，S5，S6，S7，S8是頻率減??；下半部分是低4位步進(jìn)增或減，其中S9，S10，S11，S12是頻率增加，S

104、13，S14，S15，S16是頻率減小。</p><p>　　圖3.6 44開關(guān)量鍵盤</p><p>　　而液晶顯示模塊是將液晶顯示器件與控制、驅(qū)動(dòng)電路和PCB線路板裝配在一起的組件。它可以直接與計(jì)算機(jī)聯(lián)接。這種模塊使用時(shí)，除應(yīng)注意一般液晶顯示器件使用時(shí)的注意事項(xiàng)外，還應(yīng)在裝配、使用時(shí)注意以下事項(xiàng)。</p><p>　　處理保護(hù)膜 在裝好的模塊成品液晶顯示器件表

105、面貼有—層保護(hù)膜，以防在裝配時(shí)沾污顯示表面，在整機(jī)裝配結(jié)束前不得揭去，以免弄臟或沾污顯示面。 （2）加裝襯墊 在模塊與前面板之間最好加裝一個(gè)約0.1mm左右的襯墊。面板還應(yīng)保持絕對(duì)平整，以保證在裝配后不產(chǎn)生扭曲力，并提高抗振性能。 （3）嚴(yán)防靜電模塊中的控制、驅(qū)動(dòng)電路是低壓、微功耗的CMOS電路，極易被靜電擊穿，而人體有時(shí)會(huì)產(chǎn)生高達(dá)幾十伏或上百伏的高壓靜電，所以，在操作、裝配、以及使用中都應(yīng)極其小心，要嚴(yán)防靜電。為此： &#

106、183; 不要用手隨意去摸外引線、電路板上的電路及金屬框。 · 如必須直接接觸時(shí)，應(yīng)使人體與模塊保持同一電位，或?qū)⑷梭w良好接地。 · 焊接使用的烙鐵必須良好接地，沒有漏電。 · 操作用的電動(dòng)改錐等工具必須良好地接地，沒有漏電。 · 不得使用真空吸塵器進(jìn)行清潔處理。因?yàn)樗鼤?huì)產(chǎn)生很強(qiáng)的靜電。 · 空氣干燥，也會(huì)產(chǎn)生靜電，因此，工作間濕度應(yīng)在RH60%以上。 · 地面、工作臺(tái)、椅子、

107、架子、推車及工具之間都應(yīng)形成電阻接觸，以保持其在相同電位上，否則也會(huì)產(chǎn)生靜電。 · 取出或放回包裝袋或移動(dòng)位置時(shí)，也需格外小心，不要產(chǎn)生靜電。不要隨</p><p>　　制作高頻電路ＰＣＢ板注意事項(xiàng)</p><p><b>　　4 軟件設(shè)計(jì)</b></p><p>　　4.1 軟件實(shí)現(xiàn)思想</p><p>　

108、　單片機(jī)完成對(duì)AD9851的控制和人機(jī)交互。40位數(shù)據(jù)分五次發(fā)送，系統(tǒng)以鍵盤為控制信息輸入，單片機(jī)獲取控制信號(hào)后處理，區(qū)別不同的狀態(tài)，按照程序流程圖，對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行控制，以達(dá)到題目要求。修改AD9851的頻率控制字有并行和串行兩種方式，由于系統(tǒng)由軟件調(diào)頻，要求頻率變化的控制迅速，故采用并行方式控制AD9851, 提高速度，實(shí)現(xiàn)較好的調(diào)頻效果。</p><p>　　4.2 軟件流程圖及程序 </p>&

109、lt;p>　　DDS數(shù)據(jù)傳送和啟動(dòng)時(shí)序如圖4.2所示：</p><p>　　時(shí)間規(guī)格表如表5.2.1所示：</p><p><b>　　圖4.2</b></p><p><b>　　時(shí)間規(guī)格表4.1：</b></p><p>　　根據(jù)上面的時(shí)序圖，完成AD9851啟動(dòng)、送控制口使能和頻率控制字

110、，相位控制字的子程序如下：</p><p>　　#include "reg51.h"</p><p>　　#define DDS_port P0//定義DDS的引腳端口</p><p>　　sbit DDS_clk = P2^7;</p><p>　　sbit DDS_reset = P2^5;</p>

111、<p>　　sbit DDS_ud = P2^6; </p><p>　　void delay(unsigned int t)//通用延時(shí)程序</p><p><b>　　{</b></p><p>　　for(;t>0;t--);</p><p><b>　　}</b><