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AbstractThis 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refV 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 。

还可通过输入模块预置增益值，控制DAC的输出，事项程控增益。

但增益动态范围有限，当频率在中频段时，信号失真严重，故不采用。

方案二：电压控制增益。

采用自动增益控制芯片AD603，通过其芯片1、2两脚的差分电压值（-500mV-+500mV）,可以实现增益的变化。

通过DAC的输出提供AD603控制放大倍数，实现自动增益控制。

同时可通过软件输入模块设置增益值，控制DAC 的输出，实现任意增益调节。

方案二完全可以满足题目要求。

1.2.3显示及键盘控制模块方案一：数码管显示。

由于本题要求实时显示输出信号的类型、幅度、频而数码管不能显示字符，所以不用。

方案二：LCD液晶显示。

LCD液晶不但能显示字符和数字，而且显示效果较好，容易编程实现。

故选择LCD12864做显示部分并采用4*4矩阵键盘实现调节及步进。

1.2.4功率放大电路方案一：采用分立元件的互补输出型放大电路。

但分立元件组成的电路是动态的不稳定且频带较窄，故不采用。

方案二：采用集成功率放大器THS3091。

3091的带宽达到210MHz，可采12 伏供电，最高输出电流达到正负250mA。

且集成器件噪声小，增益稳定，对信号输出影响不大，完全满足本次设计的要求。

故采用THS3091做功放电路。

综上所述，确定系统的总体框图如下图4所示：图4 系统总体框图D31D22D13D04DGND 5DVDD 6W_CLK 7FQ_UD 8CLKIN 9AGND 10AVDD 11RSET 12QOUTB 13QOUT 14IN-15IN+16DACBL 17AVDD 18AGND 19IOUTB 20IOUT21RESET 22DVDD 23DGND24D725D626D527D428AD9850VCCINDUCTORINDUCTOR INDUCTOR 56pF230pF230pF25Ω50Ω56pFD0D1D2D3D4D5D6D7CLKW_CLKUPDATERESET IN-IN+RSETFRE二、主要电路设计与分析2.1、硬件设计2.1.1正弦波产生电路DDS 单片频率合成器AD9850的ROM 中已预先存入正弦函数表，其幅度按二进制分 辨率量化,其相位一个周期360°按2π/232的分辨率设立相位取样点。

然后存入 ROM 相应地址中。

工作时，用单片机送入频率码。

输入采用串行方式，共40位控制 位，其中32位是频率码，另8位中的5位是初始相伴控制码，3位是掉电控制码。

改变读取ROM 的数目，即可改变输出频率。

输出频率的一般表达式为：f out =kf c /232.式中，k 为频率码，是个32位的二进制数。

fc 为系统时钟频率，即125MHz.频率变 化范围为20Hz~1MHz 。

DDS 电路图如图5所示：图5 DDS 外围连接图2.1.2正弦波幅值可调电路采用8位并行DA 器件DAC0832以及可控增益放大器AD603来实现正弦波的幅度步进。

将DDS 生成的正弦波接到AD603的输入端，通过单片机调整DA 输入数字量，再加上运算放大器LM324将电流值转换为电压值，来控制AD603的放大倍数，从而完成正弦波100mv 的步进和幅值预置。

DAC0832及AD603电路如下图所示：图6 DAC0832AD603的电路图如图7所示：-5V图7 AD6032.1.3功率放大电路采用两片电流反馈型宽带运放THS3091，±12V供电以驱动50欧姆的负载。

电路如下图8所示：2.2kΩ图8 THS3091功率放大电路2.2、软件设计2.2.1基本思路单片机控制AD9850产生频率和相位都可控的正弦波，频率量由键盘设定，步进量为100Hz，AD9850频率分辨率为0.006985Hz，完全能够满足要求。

正弦信号送入DAC0832的基准输入端，单片机控制DA的数字量调节其幅值，设置按键调整幅值可实现100mv的步进。

正弦信号送入DAC0832的基准输入端，单片机控制DA的数字量调节其幅值，设置按键调整幅值可实现100mv的步进。

2.2.2软件流程图本次采用两片STC89S52RC，分为主机与从机。

从机用于LCD的显示、键值的处理，同时将控制字发送给主机。

按键分为数字键（0-9）、频率确认键、幅值确认键、频率步进键、幅值步进键。

主机接受从机的控制字，并对DDS及DAC0832产生控制，其流程图如下所示：图9 软件流程图三、测试结果与分析3.1正弦波测试结果3.2相对误差统计3.3误差分析（1）DAC0832的量化误差。