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正弦信号发生器实验报告正弦信号发生器实验报告一、引言正弦信号发生器是电子实验室中常见的一种仪器，用于产生稳定的正弦信号。
它在各种电子设备测试和实验中起着重要的作用。
本实验旨在探究正弦信号发生器的原理和性能，并通过实际操作来验证其功能。
二、实验目的1. 理解正弦信号的特性和应用；2. 掌握正弦信号发生器的基本原理和结构；3. 学习使用正弦信号发生器进行实际测试。
三、实验原理正弦信号是一种周期性的交流信号，具有连续变化的幅度和相位。
正弦信号发生器的基本原理是通过振荡电路产生稳定的正弦波形。
振荡电路通常由放大器、反馈网络和滤波电路组成。
其中，放大器负责提供足够的增益，反馈网络则确保振荡电路的稳定性，滤波电路则用于滤除其他频率成分。
四、实验器材和材料1. 正弦信号发生器2. 示波器3. 电阻、电容等元件4. 连接线等五、实验步骤1. 将正弦信号发生器与示波器连接，使用示波器观察输出的信号波形；2. 调节正弦信号发生器的频率和幅度，观察波形的变化；3. 使用示波器测量输出信号的频率和幅度，并记录数据；4. 更换不同数值的电阻和电容，观察对信号波形的影响；5. 分析实验结果，总结正弦信号发生器的性能和特点。
六、实验结果与分析通过实验观察和测量，我们得到了一系列关于正弦信号发生器的数据。
首先，我们发现随着频率的增加，正弦信号的周期变短，波形变得更加紧凑。
而幅度的调节则使得波形的振幅增大或减小。
这表明正弦信号发生器能够根据用户的需求产生不同频率和幅度的信号。
此外，我们还发现在改变电阻和电容数值时，信号波形也会发生变化。
较大的电阻和电容会导致信号的衰减，而较小的电阻和电容则会使信号更加稳定。
因此，在实际应用中，我们需要根据具体情况选择适当的电阻和电容数值，以获得所需的信号特性。
七、实验总结本实验通过对正弦信号发生器的实际操作和观察，我们深入了解了正弦信号的特性和应用。
我们学习到了正弦信号发生器的基本原理和结构，并通过实验验证了其功能和性能。
实验一 正弦信号发生器本实验指导演示了一个简单的正弦信号发生器在QuartusII 上的实现。
通过这个实验，旨在演示利用QuartusII 开发数字电路的基本流程和QuartusII 软件的相关操作，并借此介绍QuartusII 的软件界面。
通过此实验开始逐步了解SOPC 的硬件开发平台；开始学习系统设计的全过程，重点掌握：模块配置、时序仿真和编译综合等主要环节。
我们还针对NiosII 的实验板，实现了本实验所示硬件模块的相关配置工作以及下载和实现。
实验条件：ALTERA DE Ⅱ开发实验平台QuartusII 6.0一、设计原理下图所示为正弦信号发生器的结构，共由4个部分组成：顶层文件singt.vhd 在FPGA 中实现两个部分：1、6位计数器产生地址信号；2、存储正弦信号（6bits 地址线，8bits 数据线）的ROM ，由LPM_ROM 模块实现，LPM_ROM 模块底层由FPGA 的EAB 、ESB 或M4K 来实现。
地址发生器的时钟频率CLK 假设为f0，这里我们设定的地址发生器为6bit ，则周期为26＝64，所以一个正弦周期内可以采样64个点，DAC 后的输出频率f 为：64/0f f =我们可以如下生成sin 数据以用于查找表，双、单极性Sin(x)数据波形可如下：x = round （（sin （linspace （0,2*pi,64））+1）*127.5）； VHDL 顶层设计 singt.vhd6位计数器（地址发生器） Sin 数据存储ROM 8位DAC所要得到的单极性信号波形。
二、实验步骤1、工程创建1.1 建立工程进入QuartusII开发软件，选择File，点击New Project Wizard。
弹出工程向导对话框，选择Next1.2 输入存放工程及其相关设计文件的文件夹：指定“工程名”和工程对应的“顶层设计实体名”。
这里我们将工程名和顶层设计实体名都取作“lab1”，再点击Next。
摘要本正弦波发生器以FPGA为控制核心设计的，该系统主要由FPGA控制模块、STM32单片控制模块，按键输入模块、5110液晶显示模块、以AD9850为核心的DDS模块、运算放大电路和直流稳压电源组成。
FPGA运算速度较快，适用于强干扰和要求速度较高的场合。
仅用单片FPGA就实现了直接数字频率合成技术（DDS），产生稳幅正弦波，并在数字域实现了AM、FM、ASK、PSK等四类调制信号。
调制信号既可由用户输入参数由FPGA内部生成，整个系统结构紧凑，电路简单，功能强大，可扩展性强。
关键词： FPGA STM32 DDS AD9850AbstractThe sine wave generator is designed with FPGA as the core, the system is mainly controlled by FPGA module, STM32 monolithic control module, key input module, liquid crystal display module 5110, with a core of AD9850 DDS module, the operational amplifier circuit and a dc regulated power supply. FPGA faster calculation speed, is suitable for the strong interference and high speed required. Only with a single chip FPGA to realize the direct digital frequency synthesis (DDS) technology, to produce steady sine wave, and in the digital domain for AM, FM, ASK, PSK modulation signal. Modulation signal can be input by the user parameters are generated internally by the FPGA, the whole system structure is compact, the circuit is simple, powerful, strong extensibility.一、系统方案比较与论证根据题目要求，系统分为以下几个模块，各模块的实现方案选择如下：1．主控器件比较与选择方案一：采取FPGA它具有体积小、I/O口较多、编程改动灵活的特点、资源丰富、速度高，本晶振为50M,可以通过锁相环（PLL）任意倍频，在信号处理领域中应用广泛，并且稳定性强，为以后系统的升级，作品的商品化提供了保障。
正弦信号发生器摘要本系统采用AT89S51单片机为核心，辅以必要的模拟，数字电路，构成了一个基于DDS技术的正弦波信号发生器。
该软件系统采用4*4键盘操作，以菜单形式进行显示，操作方便简单，软件增加了许多功能。
它通过启动DDS，把内存缓存区的数据读出送到DDS后输出相应的频率，并把数据转换为BCD码，通过液晶显示器进行显示。
该系统体积小、稳定度、精度极高，方便携带，适用于当代的尖端的通信系统和精密的高精度仪器以及高频无线传输系统等。
关键词：直接数字频率合成（DDS）、AD9851、VCOSinusoidal Wave Signal Generator[Abstract ]By using the AT89S51 as its core and combining the necessary analog and digital circuits, a sinusoidal wave signal generator is built based on the DDS technology. The software utilized in the system can be operated with a 4X4 keyboard, displayed in a menu and hence makes the system easy to use. Through booting up the DDS, reading the data from the buffer of the memory and transmitting them to DDS modules, a relevant frequency output combining the BCD code generated at the same time can be obtained and displayed on a LCD screen. The system is suitable for using in modern communications systems and high accuracy instruments with the aid of its small size, portability, stability and high accuracy.一．方案比较与论证1．常见信号源制作方法方案一：采用模拟分立元件或单片压控函数发生器MAX038，可产生正弦波，方波，三角波，通过调整外部元件可改变输出频率，但采用模拟器件由于分散性太大，即使使用单片函数发生器，参数也揶揄外部元件有关，因而产生的频率稳定度较差，精度不高，抗干扰能力较低成本较高。
信号发生器afg-2005
信号发生器 AFG-2005 是一种功能强大的仪器，用于产生各种
类型的电子信号。
它通常被用于电子设备测试、通信系统调试、传
感器校准等领域。
AFG-2005 可以产生各种波形，包括正弦波、方波、三角波、脉冲波等。
用户可以通过控制面板或者远程控制软件来调
节频率、幅度、相位等参数，以生成所需的信号。
AFG-2005 通常具有较宽的频率范围和较高的精度，可以满足不
同应用的需求。
它还可能具有多种调制功能，如调频调幅、频率调制、脉宽调制等，以模拟各种复杂的信号环境。
此外，一些 AFG-2005 还具有存储和回放信号的功能，方便用户对特定信号进行分析
和比较。
在实际应用中，AFG-2005 的使用非常广泛。
例如，在电子制造
业中，它常被用于测试和校准各种电子设备，如滤波器、放大器、
传感器等。
在通信系统领域，AFG-2005 可以用于调试射频电路、模
拟电路和数字信号处理系统。
同时，它还可以被用于教学和科研领域，帮助学生和研究人员理解和分析各种信号特性。
总的来说，AFG-2005 作为一种高性能的信号发生器，具有广泛
的应用前景，可以为各种领域的专业人士提供强大的信号生成和分析能力。
希望这些信息能够帮助你更好地了解 AFG-2005 信号发生器。
2005年全国大学生电子设计大赛A题：正弦信号发生器目录1.A组题1 (2)2.A组题2 (17)3.A组题3 (32)4.A组题4 (41)5.A组题5 (86)正弦信号发生器1华南理工大学电子与信息学院摘要这个正弦信号发生器利用最新的频率合成技术，实现了1KHz~30MHz的正弦波输出，频率步进可达到1Hz，可输出调制度可调的AM信号，5KHz、10KHz 最大频偏的FM信号，100KHz固定频率载波、码速10kbps的PSK，ASK信号。
采用了超宽带、超低噪声的高速运放，提高了输出电压的幅度。
整个系统以ADuC841为控制中心，有很高的精确度和稳定度。
双CPU结构，大大增强了信息的处理能力；行列式键盘输入，大屏幕LCD输出，操作简便，人机界面友好。
AbstractThis sine wave generator, based on the DDS new technique, can generate a sine wave with a frequency ranging from 1KHz to 30MHz，which has a frequency step of 1Hz！The system can also output an AM signal with an adjustable modulation index, an FM signal with a frequency deviation of 5kHz or 10kHz, controlled by the keyboard input. Meanwhile it has a function of outputting PSK or ASK signals, with a code rate of 10kps and 100KHz carrier. Applying the low noise, high speed ,wide pass band Op Amp, increases the output voltage amplitude. The whole system has an ADuC841 as its controller center, which provides a high precision and stabilization. Two CPUs enhance the ability of processing. Matrix keyboard and large screen LCDdisplay provide a friendly interface, which makes the operating more easy.一、方案设计与论证1.1 方案比较本题目的要求是设计一个正弦信号发生器，并且能够输出模拟幅度调制(AM)信号，模拟频率调制(FM)信号，二进制PSK、ASK信号。
正弦信号发生器[2005年电子大赛二等奖]文章来源：凌阳科技教育推广中心作者：广东工业大学陈剑栋姚健棉邱淑康发布时间：2006-5-26 9:43:28摘要:本系统设计一个正弦信号发生器，使用凌阳公司的16位单片机SPCE061A作为中央控制器，结合DDS芯片AD9850，产生0～15MHz频率可调的正弦信号,正弦信号频率设定值可断电保存；使用宽频放大技术，在50Ω负载电阻上使1K～10MHz范围内的正弦信号输出电压幅度VP-P=6V±1V；产生载波频率可设定的FM和AM信号；调制信号为1KHz的正弦波，调制信号的产生采用DDS技术，由CPLD 和Flash ROM加上DAC进行直接数字合成；二进制基带序列码由CPLD产生，在100KHz固定载波频率下进行数字键控，产生ASK，PSK信号。
系统采用全中文菜单操作方式，操作简单，快捷，且系统的精度和稳定性高。
关键字：正弦信号，DDS技术，FM模拟调频，AM模拟调幅，PSK，ASK，宽频放大。
一、方案论证根据题目要求，本系统主要由主控制器模块、正弦信号发生模块、输出电压放大模块、FM调频电路模块、AM调幅电路模块和人机界面模块构成。
如图1.1。
图1.1 系统模块框图1、主控制器方案一：采用通用的51单片机AT89S52作为主控制器，完成数据处理，DDS的频率输出控制，键盘的扫描及液晶显示器的显示控制等。
由于51单片机内部的RAM和ROM都比较小，考虑到实现本系统需要大量的数据处理及液晶显示需占用大量的ROM资源等，用51单片机实现本系统就需外扩RAM和ROM，实现起来比较麻烦。
而且本系统需要用A/D转换器采样调制信号实现调频信号的输出，使用51单片机就需外扩一片A/D转换芯片，实现也比较麻烦。
而且基于整个系统的速度要求，51单片机也不能满足要求。
方案二：采用凌阳公司的16位单片机SPCE061A作为主控制器。
由于SPCE061A内置有2K字的SRAM和32K字的内存FLASH，能满足本系统数据处理及液晶显示所需数据的存储要求CPU时钟频率高达49.152MHz，能满足速度要求；集成有7通道10位电压模数转换器ADC，可以满足系统采样调制信号的要求；一片凌阳SPCE061A单片机就可以完成整个系统的主要功能，基本不需要扩展其他器件，不仅体积小而且可靠性高。
武汉理工大学华夏学院设计报告课程名称《DSP技术》结业论文题目基于DSP的正弦信号发生器班级自动化1122学号____姓名_2015__年__10__ 月__24___日一、摘要数字信号处理（Digital Signal Processing，简称DSP）是一门涉及许多学科而又广泛应用于许多领域的新兴学科。
数字信号处理是围绕着数字信号处理的理论、实现和应用等几个方面发展起来的。
数字信号处理在理论上的发展推动了数字信号处理应用的发展。
反过来，数字信号处理的应用又促进了数字信号处理理论的提高。
而数字信号处理的实现则是理论和应用之间的桥梁。
数字信号处理是以众多的学科为理论基础的，它所涉及的范围及其广泛。
例如，在数学领域，微积分、概率统计、随机过程、数值分析等都是数字信号处理的基本工具，与网络理论、信号与系统、控制论、通信理论、故障诊断等也密切相关。
一些新兴的学科，如人工智能、模式识别、神经网络等，都与数字信号处理密不可分。
可以说，数字信号处理是把许多经典的理论体系作为自己的理论基础，同时又使自己成为一系列新兴学科的理论基础。
长期以来，信号处理技术—直用于转换或产生模拟或数字信号。
其中应用得最频繁的领域就是信号的滤波。
此外，从数字通信、语音、音频和生物医学信号处理到检测仪器仪表和机器人技术等许多领域中，都广泛地应用了DSP。
数字信号处理己经发展成为一项成熟的技术，并且在许多应用领域逐步代替了传统的模拟信号处理系统。
世界上三大DSP芯片生产商:1.德克萨斯仪器公司(TI) 2.模拟器件公司(ADI) 3.摩托罗拉公司(Motorola).这三家公司几乎垄断了通用DSP芯片市场。
数字信号处理的书籍很多，其中以麻省理工学院奥本海姆编著的《Discrete Time Signal Processing》最为经典，有中译本《离散时间信号处理》由西安交通大学出版。
现在是第二版。
关键字：数字信号处理正弦信号发生器DSP 信号处理技术二、设计目的分析一般情况，产生正弦波的方法有两种：查表法和泰勒级数展开法。
学号：2011013732西北农林科技大学电子技术课程设计报告题目：正弦信号发生器(幅值频率可调)学院(系)：机械与电子工程学院专业年级：学生姓名：指导教师：完成日期： 2013年7月3日目录1. 设计的任务与要求............................................................. - 2 -1.1 课题要求................................................................ - 2 -1.2具体要求................................................................. - 2 -1.3课题摘要：............................................................... - 2 -1.4设计步骤：............................................................... - 2 -2. 设计方案确定................................................................. - 3 -3. 硬件电路设计................................................................. - 4 -3.1整体电路框图............................................................. - 4 -3.2 主要元器件介绍.......................................................... - 4 -3.2.1 NE555芯片......................................................... - 4 -3.2.2 555定时器接成多谐振荡器.......................................... - 6 -3.2.3 NE5532P芯片....................................................... - 6 -3.3 整体电路设计............................................................ - 7 -3.4分立电路的设计及元件参数的选取及计算..................................... - 8 -3.4.1 555多谐振荡电路.................................................. - 8 -3.4.2带通滤波电路....................................................... - 8 -3.4.3反向比例运算放大器................................................. - 9 -4.调试与仿真................................................................... - 10 -4.1使用的主要仪器和仪表.................................................... - 10 -4.2分立电路的仿真（仿真图、操作的步骤、方法和结果）........................ - 10 -4.2.1 仿真图........................................................... - 10 -4.2.2仿真结果.......................................................... - 10 -4.3调试电路的方法和技巧：.................................................. - 12 -5. 总结........................................................................ - 13 -6. 参考文献.................................................................... - 15 - 附录一......................................................................... - 16 -1.元器件清单............................................................... - 16 -2.电路原理图............................................................... - 17 -3.PCB封装图................................................................ - 18 -4.3D效果图................................................................. - 21 -1. 设计的任务与要求1.1 课题要求:设计一个频率幅值可调的正弦信号发生器1.2具体要求：1.利用振荡电路产生正弦信号，要求有可调参数用以修改频率2.利用放大电路控制输出信号振幅。
正弦信号发生器摘要本系统以单片机和FPGA为控制和处理核心，基于直接数字频率合成原理，利用DDS集成芯片AD9851实现了300Hz~13MHz、步进为0.1Hz的正弦信号发生器和高频偏的DDS调频(FM)信号发生器；通过模拟乘法器MC1496实现调幅功能，其低频调制信号由FPGA和DAC0800构成DDS低频发生器产生；利用可变增益宽带放大器AD600实现幅度程控，通过检波和ADC反馈给单片机，检测和调整输出电压，实现精确的幅度控制。
使用了多种抗干扰措施以减少噪声并抑制高频自激；后级功放采用两片宽带运放AD811组成桥式功率放大器来实现。
本系统硬件设计应用了EDA工具，软件采用模块化的编程思想。
关键字：正弦信号发生器 DDS 调幅幅度控制桥式功率放大器AbstractBased on the principle of DDS, the system uses the A T89C51 and FPGA as the control and processing unit ,and uses the DDS chip AD9851 to realize the Sine and FM signal generator .The signal generator can output Sine signal of 300 Hz ~13M Hz with 0. 1 Hz frequency step, the MC 1496 is used to realize AM performance, the Amplitude control of signals are realized by using chip AD600,the low frequency modulation signal is produced by DDS made of FPGA and DAC 0800..Many methods are employed to diminish noises and restrain high frequency self-excitation. The test results show that the system achieves the requirements of design.正弦信号发生器一、方案论证与选择本系统难点有：1.产生稳定性高、频率步进较低、频带范围较广且具有一定带负载能力的正弦信号源；2.以1kHz为调制信号，在较大动态范围（100kHz~10MHz）内产生频偏为10kHz的调频信号；3.产生AM、ASK、PSK等调制信号。
正弦信号发生器介绍正弦信号发生器是一种用于产生纯净的正弦信号的设备或软件。
正弦信号是一个周期性的波形，经常在电子、通信、音频以及其他许多领域中使用。
正弦信号发生器可以产生特定频率和幅度的正弦波，用于测试和调试电子设备，音频设备，以及其他需要正弦信号源的应用。
功能正弦信号发生器具有以下主要功能：1. 频率调节正弦信号发生器允许用户调节输出信号的频率。
用户可以选择特定的频率，例如100Hz，1kHz，10kHz等，或者在一定范围内连续调节频率。
2. 幅度调节正弦信号发生器允许用户调节输出信号的幅度。
用户可以选择特定的幅度，例如0.1V、1V、10V等，或者在一定范围内连续调节幅度。
3. 波形形状选择正弦信号发生器经常支持多种波形形状的选择，例如正弦波、方波、三角波、锯齿波等。
用户可以根据需要选择所需的波形形状。
4. 相位调节某些正弦信号发生器还允许用户调节信号的相位。
相位是一个描述信号在一个周期内的偏移量的参数。
通过调整相位，用户可以改变信号的起始点。
5. 外部触发正弦信号发生器通常具有外部触发功能。
外部触发可以通过外部信号来触发信号的发生，例如输入一个电平、脉冲或其他触发信号来启动或同步信号发生。
6. 脉冲调制一些高级的正弦信号发生器还具有脉冲调制功能。
脉冲调制是一种将调制信号与一个高频率信号进行混合，从而产生包含调制信号信息的产生器。
应用领域正弦信号发生器在以下领域中得到广泛应用：1. 电子测试和测量正弦信号发生器是进行电子产品测试和测量的重要工具。
它们用于测试电子设备的响应、频率响应、信号传输等。
2. 音频和音视频设备调试在音频和音视频设备的生产和调试过程中，正弦信号发生器用于产生音频信号，以测试设备的音质、音频通路和信号处理电路。
3. 通信工程正弦信号发生器在通信工程中被广泛使用，用于模拟信号传输、测试调制解调器性能、通信系统故障诊断等。
4. 音频研究和音乐制作在音频研究和音乐制作领域，正弦信号发生器被用于合成和生成特定频率和幅度的声音。
第七届（2005年）全国大学生电子设计竞赛题目正弦信号发生器（A题）一、任务设计制作一个正弦信号发生器。
二、要求1、基本要求（1）正弦波输出频率范围：1kHz～10MHz；（2）具有频率设置功能，频率步进：100Hz；（3）输出信号频率稳定度：优于10-4；（4）输出电压幅度：在负载电阻上的电压峰-峰值V opp≥1V；（5）失真度：用示波器观察时无明显失真。
2、发挥部分在完成基本要求任务的基础上，增加如下功能：（1）增加输出电压幅度：在频率范围内负载电阻上正弦信号输出电压的峰-峰值V opp=6V±1V；（2）产生模拟幅度调制(AM)信号：在1MHz~10MHz范围内调制度m a可在10%～100%之间程控调节，步进量10%，正弦调制信号频率为1kHz，调制信号自行产生；（3）产生模拟频率调制(FM)信号：在100kHz~10MHz频率范围内产生10kHz最大频偏，且最大频偏可分为5kHz/10kHz二级程控调节，正弦调制信号频率为1kHz，调制信号自行产生；（4）产生二进制PSK、ASK信号：在100kHz固定频率载波进行二进制键控，二进制基带序列码速率固定为10kbps，二进制基带序列信号自行产生；（5）其他。
三、评分标准集成运放参数测试仪（B题）一、任务设计并制作一台能测试通用型集成运算放大器参数的测试仪，示意图如图1所示。
图1二、要求1、基本要求（1）能测试V IO(输入失调电压)、I IO(输入失调电流)、A VD(交流差模开环电压增益)和K CMR(交流共模抑制比)四项基本参数，显示器最大显示数为3999；（2）各项被测参数的测量范围及精度如下(被测运放的工作电压为±15V)：V IO：测量范围为0～40mV（量程为4mV和40mV），误差绝对值小于3%读数+1个字；I IO：测量范围为0～4μA（量程为0.4μA和4μA），误差绝对值小于3%读数+1个字；A VD：测量范围为60dB～120dB，测试误差绝对值小于3dB；K CMR：测量范围为60dB～120dB，测试误差绝对值小于3dB；（3）测试仪中的信号源(自制)用于A VD、K CMR参数的测量，要求信号源能输出频率为5Hz、输出电压有效值为4 V的正弦波信号，频率与电压值误差绝对值均小于1%；（4）按照本题附录提供的符合GB3442-82的测试原理图(见图2~图4)，再制作一组符合该标准的测试V IO、I IO、A VD和K CMR参数的测试电路，以此测试电路的测试结果作为测试标准，对制作的运放参数测试仪进行标定。
电子设计大赛：DDS信号发生器第一篇：电子设计大赛：DDS 信号发生器DDS 信号发生器（1022）产品应用：模拟传感器信号重现实际环境信号电路功能测试信号相位调试科研与教育最高输出频率输出通道数采样率任意波长度CH1 CH2MHz 2 100 MSa/s 2 pts –4kpts 2pts –1kpts 1 μHzmVpp ~ 10 Vpp（50 Ω），4 mV ~ 20 Vpp（高阻）mVpp ~ 3 Vpp（50 Ω），4 mV ~ 6 Vpp（高阻）14 bits 10 bitsUSB Host & Device 无台式函数/任意波形发生器宽×高×深＝232mm×108mm×288mm 2.7 kg频率分辨率幅度范围垂直分辨率CH1 CH2 CH1 CH2标配接口选配接口产品类别尺寸重量产品综述函数/任意波形发生器采用直接数字频率合成（DDS）技术设计，能够产生精确、稳定、低失真的输出信号。
产品特性1.采用先进的DDS技术，双通道输出，内置频率计，25 MHz最高输出频率2.LCD单色液晶显示屏3.5种标准波形及48种预设任意波形输出，可编辑10组4 kpts 任意波形4.丰富的调制功能：AM、FM、PM、FSK，以及输出线性/对数扫描和脉冲串波形5.丰富的接口配置：标配USB Host，USB Device第二篇：DDS函数信号发生器的设计DDS函数信号发生器的设计、仿真及下载一、实验设计① 利用DDS（Direct DIgital Frequency Synthesis，即直接数字频率合成）技术产生稳定的正弦波，三角波和方波输出，输出频率为10~1000kHz且频率可调，步进为10Hz，1kHz，10kHz，100kHz。
② 用VerilogHDL进行建模和模拟仿真，再利用FPGA进行实现D/A转换。
③ 下载到DE0板上利用VGA端口的一个四位孔进行A/D转换显示在示波器上。
正弦信号发生器[2005 年电子大赛一等奖]作者：华中科技大学（华中科技大学 曹震 陈国英 孟芳宇） 发布时间：2006-5-29 11:28:37 本系统基于直接数字频率合成技术；以凌阳 SPCE061A 单片机为控制 核心； 采用宽带运放 AD811 和 AGC 技术使得 50Ω 负载上峰值达到 6V±1V； 由模拟乘法器 AD835 产生调幅信号；由数控电位器程控调制度；通过单片 机改变频率字实现调频信号，最大频偏可控；通过模拟开关产生 ASK、PSK 信号。
系统的频率范围在 100Hz～12MHz,稳定度优于 10-5，最小步进为 10Hz。
一、 方案论证 根据题目要求和本系统的设计思想， 系统主要包括图 1.1 所示的模块。
图 1.1系统模块框图1、 单片机选型 方案一：采用现在比较通用的 51 系列单片机。
51 系列单片机的发展 已经有比较长的时间，应用比较广泛，各种技术都比较成熟，但此系列单 片机是 8 位机，处理速度不是很快，资源不够充足，而且其最小系统的外 围电路都要自己设计和制作，使用起来不是很方便，故不采用。
方案二：选用凌阳公司的 SPCE061A 单片机。
SPCE061A 单片机是 16 位的处理器，主频可以达到 49MHz，速度很快，再加上其方便的 ADC 接口， 非常适合对高频信号进行数字调频，如果对音频信号进行 A/D 采样，经过 数字调频并发射，完全可以达到调频广播的效果。
结合题目的要求及 SPCE061A 单片机的特点，本系统选用凌阳公司的此款 单片机。
2、 频率合成模块 方案一：锁相环频率合成。
如图 1.2，锁相环主要由压控 LC 振荡器， 环路滤波器，鉴相器，可编程分频器，晶振构成。
且频率稳定度与晶振的 稳定度相同，达 10-5，集成度高，稳定性好；但是锁相环锁定频率较慢， 且有稳态相位误差，故不采用。
图 1.2锁相环的基本原理方案二: 直接数字频率合成。
直接数字频率合成 DDFS （Direct Digital Frequency Synthesizer）基于 Nyquist 定理，将模拟信号采集，量化后 存入存储器中，通过寻址查表输出波形数据，再经 D/A 转换，滤波，恢复 原波形。
DDFS 中大部分部件都属于数字电路，集成度高、体积小、功耗 低、可靠性、性价比高，易调试，输出线性调频信号相位连续，频率分辨 率高，转换速度快，价格低。
其频率稳定度和可靠性优于其它方案，故采 用该方案。
3、 峰值检测模块 方案一： 使用 AD8310 测峰-峰值。
AD8310 可以测量输入信号的正有 效值， 从而得到峰-峰值。
AD8310 为 440MHz 的高速对数放大器， 频带很宽； 输出是信号有效值的对数，虽然可测量的范围很宽，但信号的幅度变化较 小时，其输出几乎不变，不利于后面的自动增益控制。
故不采用。
方案二：二极管包络测峰法。
利用二级管波形幅度检测的方法，得到 信号的正峰值。
此法检测的信号范围较小，但精度较高，对后面使用自动 增益控制来稳定幅度有重大意义。
因此采用此方案。
利用检波二极管 1N60 对输入信号检测，得到与信号峰值成比例关系的直流信号，再经运放调整 比例系数以便于单片机采样。
电路如图 1.3：图 1.3 正峰值幅度检测 4、 自动增益控制模块 方案一：DAC 控制增益。
如图 1.4，输入信号放大后作为基准电压送 给 DAC 的 Vref 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。
单 片机根据反馈调节衰减器，实现 AGC。
还可通过输入模块预置增益值，控 制 DAC 的输出，实现程控增益。
但增益动态范围有限，故不采用。
图 1.4增益控制部分方案一示意图方案二：电压控制增益。
如图 1.5，信号经缓冲器后进入可编程增益放 大器 PGA --AD603，放大后进入有效值测量部分，得出的有效值采样后送入单片机，再由 DAC 输出给 AD603 控制放大倍数，实现自动增益控制。
同 时可通过输入模块设置增益值，控制 DAC 的输出，实现程控增益放大。
图 1.5 5、 显示模块增益控制部分方案二示意图 方案一：采用 8 位 LED 配以 MAX7219 显示。
控制简单，调试方便, 且 串行显示占用 I/O 口少；但只能显示 ASCII 码，故不采用。
方案二：采用点阵型（128 × 64）液晶 SVM12864（LCD）。
虽然占用 I/O 口多，控制复杂，但功能强大，可以显示汉字及简单图形，可设计出 清晰的菜单，提供全面的信息，功耗低，界面友好，控制灵活，使系统智 能化、人性化，因此采用该方案。
二、 详细软硬件设计 1、硬件设计 SPCE061A单片机从键盘获得输入信息，控制DDFS芯片AD9851 ,产生预置频率和相位的正弦信号； 经低通滤波器滤除谐波分量及杂散信号后得到 较纯的正弦波,自动增益控制模块及功率放大模块使输出信号峰-峰值稳 定在 6V±1V范围内。
PSK、ASK用简单的模拟电路搭建。
以上系统的基本结构，配以 4×4 键盘，128×64LCD构成人机界面。
系统框图如图 2.1 所示，硬件连接图如图 2.2：图 2.1系统结构框图图 2.2系统硬件连接图直接数字频率合成模块 AD9851 是ADI公司采用先进的DDS技术推出的高集成度DDS频率合成器, 它内部包括可编程DDS系统、高性能DAC及高速比较器,能实现全数字编程 控制的频率合成和时钟发生。
接上精密时钟源,AD9851 可产生一个频谱纯净、 频率和相位都可编程控制的模拟正弦波输出。
AD9851 接口功能控制简 单, 可以用 8 位并行口或串行口直接输入频率、 相位等控制数据。
位频 32 率控制字,在 180MHz时钟下,输出频率分辨率达 0.0372Hz。
先进的CMOS工 艺使AD9851 不仅性能指标一流,而且功耗低,在 3.3V供电时,功耗仅为 155mW。
本系统通过单片机控制AD9851 频率控制字实现频率合成，经低通 滤波器滤除噪声和杂散信号就可得到比较纯正的正弦信号。
同时，调制正 弦波信号通过单片机A/D采样后，并行输入改变DDS芯片频率控制字，就可 实现调频，基本不需要外围电路，且最大频偏可由软件任意改变。
电路连 接图见图 2.3，此时输出正弦波幅值较低，约为几百毫伏，且低频和高频 时幅值有较大差异，若直接输入后面的功率放大电路，则可能因为放大倍 数较高而无法满足 50Ω负载上峰峰值Vopp=6V±1V，故我们在功率放大前 面接一级自动增益控制电路（AGC），使低频和高频信号均能放大到基本 相同的幅值，再输入功放部分。
图 2.3AD9851 及滤波器电路自动增益控制模块 由ADS7841(ADC)将检测峰-峰值得到的直流电平转换为数字信号输入 单片机， TLV5816（DAC）将单片机输出的数字信号转换为直流电平，自 动控制AD603 的增益。
ADS7841 与AD603 电路如图 2.4 和图 2.5图 2.4ADS7841 电路图 2.5可控增益放大器 AD603 电路振幅调制模块 振幅调制部分主要采用模拟乘法器集成芯片AD835 ， AD835 是ADI公司 推出的宽带、 高速、 电压输出四象限模拟乘法器， 最高工作频率 250MHz, 线 形性好，调幅对称性好，且为电压输出，外围电路非常简单，可靠性高， 由制作结果可看出其调制特性良好，通过数控电位器程控调节输入到 AD835 第 8 脚的调制信号的幅值，即可改变调制度，实现 10％步进，电路 如图 2.6 所示 ：图 2.6 功率放大模块AD835 振幅调制电路功率放大部分我们选择集成宽带高性能运放AD811。
AD811 为电流反 馈型宽带运放，其单位增益带宽很宽，±15V供电，增益为+10 的情况下， -3 dB带宽达 100MHz,非常适合本系统的宽带放大要求，且输出电流可达 100mA，完全可满足题目峰峰值要求，外围电路也很简单，避免了采用三 极管放大电路容易出现调试困难的情况，可靠性大大提高。
电路见图 2.7，实际制作中应注意电路中各电阻电容应紧密靠近AD811的相应引脚，去耦电容必不可少，各电阻电容也最好选用贴片封装的，且焊接线应尽可能短，避免分布电容电感而引起高频自激。
图2.7 功率放大电路ASK，PSK信号产生模块由MAX900 将100kHz正弦载波转换为方波后，经74LS90分频，得到单片机发送二进制调制码序列的同步时钟，以减小ASK，PSK的相位噪声。
一路载波供模拟开关作ASK信号及同相PSK信号，另一路载波经运放反向后供模拟开关作反相PSK信号。
模拟开关控制端接至调制序列输入，即可实现ASK，PSK。
2、软件设计SPCE061A主单片机完成对AD9851的控制和人机交互控制。
40位数据分五次发送，系统以键盘为控制信息输入，SPCE061A获取键盘信号后，处理区别不同的状态，按照程序流程图，对系统进行控制，以达到题目要求。
修改AD9851的频率控制字有并行和串行两种方式，由于系统由软件调频，要求频率变化的控制迅速，故采用并行方式控制AD9851, 提高速度，实现较好的调频效果。
其主程序流程图如图2.8。
图2.8 主单片机主程序流程图SPCE061A从单片机主要进行自动增益控制，其主程序流程和中断服务程序流程分别如图2.9和图2.10所示。
图2.9 从单片机主程序流程图图2.10 从单片机中断（IRQ3）服务程序流程图三、测试说明1、调试与测试所用仪器(1) FLUKE 17B Digital Multimeter数字万用表(2) TDS1002数字示波器(3) YB1620P函数信号发射器/计数器2、测试方法(1) 模块测试将系统的各模块分开测试，调通后再进行整机调试，提高调试效率。
(2) 系统整体测试将硬件模块和相应的软件的进行系统整机测试。
依据设计要求，分别对输出波形、输出电压峰峰值、输出频率和功率放大器输出测试。
测试输出电压的峰峰值时，对放大电路和AGC电路参数的适当调整，使输出频率在100Hz～12MHz之间变化时能够满足Vpp＝6V±1V。
3、 测试数据(1) 基本要求测试A 正弦波频率范围测试接50Ω负载，对输出电压测试，测试数据如表3.1：表3.1 输出电压测试数据实测频率(Hz) Vpp(V)设置频率(Hz)100 100.3 6.481k 999.98 6.1210k 100001 6.12100k 100K 6.21M 1.0002M 6.6810M 10.0003M 5.313M 13.0005M 5.2B 频率稳定度测试负载为 50 Ω ，采用频率计对输出正弦波进行计数，测试数据如表 3.2 ：表3.2 输出正弦波测试数据设置频率 (Hz) 第一次计数数值第二次计数数值第三次计数数值10 10 10.2 10.1100 100.1 100.1 100.01k 1.0001k 999.98 999.9810k 10.0000k 10.0001k 10.0001k100k 100 ． 0000k 100.0000k 100.0001k1M 1.0001M 1.0001M 1.0001M5M 5.00005M 5.00004M 5.00004M10M 10.00002M 10.00002M 10.00001M (2) 发挥部分测试采用调制度测量仪对输出信号进行调制度测试，测试结果见表 3.3 。
