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正弦信号发生器电路设计

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原文

一、方案论证与比较
根据题目要求,基本部分需要实现正弦波信号发生,而发挥部分主要需要实现信号调制。
 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
(一)、正弦信号输出方案
方案一:采用专用信号发生器。MAX038是美信公司的低失真单片信号发生器集成电路,内部电路完善。使用该芯片,设计简单,可以生成同一频率信号的各种波形信号,但频率精确度和稳定度都难以达到要求。
方案二:采用直接数字合成(Direct Digital Synthesizer)方案。DDS 的原理框图如图2-1所示。
图1-2 DDS原理框图
DDS技术频率分辨率高、转换速度快、信号纯度高、相位可控、输出信号无电流脉冲叠加、输出可平稳过渡且相位可保持连续变化。
方案论证
从题目要求来看,上述两种方案都可以满足题目合成频率范围的要求,但信号发生器产生的频率稳定度、精确度都不如DDS合成的频率;另一方面,DDS较信号发生器更容易精确控制,所以我们选择DDS方案进行频率合成。
(二)、信号调制方案
方案一:AD公司的DDS专用芯片AD9851合成FM和AM的载波,采用传统的模拟调制方式来实现AM和FM调制。但这种方案的缺点是需要额外的模拟调制FM和AM调制的电路,且模拟调制电路难免引入一定的干扰,而且此方案中PSK的调制也不好实现。
方案二:采用AD9851合成FM和AM的载波,将FM调制信号离散化形成数字信号,使FM调制的频率偏移通过改变AD9851的频率字来实现。这种设计方案减少了FM调制过程中引入的干扰,也大大简化了FM调制电路的设计。但是AM调制还是需要模拟乘法器,而PSK的调制也需要额外的电路。
方案三:采用AD公司的AD9856作为调制芯片。AD9856是内含DDS的正交调制芯片,可以实现多进制的数字幅度调制,多进制的数字相位调制和和多进制的数字幅度相位联合调制。AM,PSK和ASK调制都可以通过它实现。但是AD9856不便于调频,且控制复杂。
方案四:采用FPGA+DAC来实现DDS。这样通过FPGA在数字域实现频率合成然后通过DAC形成信号波形。由于信号都是由FPGA在数字域进行处理,可以很方便的将FM和AM等调制在数字域实现。所有调制电路的功能都由FPGA片内的数字逻辑电路来实现,整个系统的电路设计大为简化,同时由于数字调制避免了模拟调制带来的误差和干扰,大大提高了调制的性能,而且硬件电路设计的软件化,使得电路设计的升级改进工作大为简化。但是此方案由于受到FPGA接口速度和DAC转换速度的约束,载频只能做到15M左右。
......


  目录

一、方案论证与比较
二、总体设计
三、数字逻辑设计
四、次要电路设计
五、软件设计
六、指标测试
七、总结


  参考资料

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5、王离九等. 电力拖动自动控制系统. 武汉:华中科技大学出版社,1991
6、胡寿松.自动控制原理:第4版.北京:国防工业出版社
7、康华光等.电子技术基础 模拟部分.第四版.北京:高等教育出版社
8、康华光等.电子技术基础 数字部分.第四版.北京:高等教育出版社
9、杨素行.模拟电子技术简明教程.第二版.北京:高等教育出版社
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20、John G,Kassakian. Principles of Power Electronics.Addis on Wesley pubishing company,1991


  简单介绍

本系统由FPGA、单片机控制模块、键盘、LCD液晶显示屏、DAC输出电路和末级放大电路构成。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,也可以从外部输入。整个系统结构紧凑,电路简单,功能强大,可扩展性强。

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