logo资料库

全国大学生电子设计大赛报告.docx

发布时间：2022-05-30 发布人：admin 分类：说明书 资料大小：0.61M 资料格式：docx 举报 版权申诉
第1页 / 共29页
第2页 / 共29页
第3页 / 共29页
第4页 / 共29页
第5页 / 共29页
第6页 / 共29页
第7页 / 共29页
第8页 / 共29页
资料共29页，剩余部分请下载后查看
    Abstraction
    一、 方案论证与比较 …………………………………………4 1.1常见信号源的产生 ………
    3.3正弦调制信号产生模块 ……………………………………15 四、软件设计 ……………………
    5.2硬件调试 ……………………………………………………20 5.3软件调试 ……………………………
    一、 方案论证与比较
    1.1、常见信号源的产生：
    1.2、调制信号产生方案：
    1.3、方案论证
    二、总体设计与模块设计分析
    2.1、总体设计与理论分析及相关设计计算
    地址计算单元
    e t0( ) s t( )cosw tc
    2.2模块设计与分析
    三、硬件设计
    3.1、系统核心DDFS模块
    3.2、 液晶显示、键盘输入模块
    3.3、 正弦调制信号产生模块
    四、软件设计
    4.1主控程序设计
    4.2正弦信号发生程序设计
    4.3调制信号发生程序设计
    五、系统调试，测试与分析
    5.1、调试，测试仪器与仪表
    5.2、硬件调试
    5.3、软件调试
    5.4、软硬件联调
    5.5、测试数据与误差分析
    5.6、系统功能分析
    六、总结
    七、参考文献
    八、附录：使用说明书
    正弦信号发生器（A 题） 摘要： 本系统以 89C55 单片机为系统的控制模块，CPLD 芯片 EPM7128 为逻辑协调 模块，配合采用 DDS 芯片 AD7008——系统的调制核心模块共同构成。以数控 振荡器的方式产生频率、幅度可精确控制的稳定的正弦波信号；同时，高速 A/D 转换器 AD1674A 采样 1KHz 的正弦波（由自制信号发生器产生）为调制信号，采 用直接数字频率合成（Direct Digital Fraquency Synthesis,即 DDFS，一般简 称 DDS）技术，对其实现可精确程控的模拟幅度调制（AM）、模拟频率调制（FM），以及 完成指定载波频率和基带码速的二进制 PSK、ASK 信号的调制功能。 本系统综合了单片机技术、可编程逻辑技术以及频率合成技术的优点，方案正 确、性能优良，菜单管理，操作方便。产生的正弦波信号失真度小，频率范围宽、 步进精细、幅度和频率稳定，宽频驱动能力强；调制功能完备，产生的模拟幅度调 制（AM）信号、模拟频率调制（FM）信号的精度高；可控性好，二进制 PSK、ASK 键控效果理想，达到题目的基本要求和发挥部分的要求。 另外，根据实际工作的考虑，本系统的调制信号由自制的信号源产生，独立于 本系统，二进制 PSK、ASK 键控的基带序列码可由使用者自行设置。这是我们在题目 要求之外设计实现的额外功能。 Abstraction The system is composed of several important parts: microprocessor control module, CPLD module and DDS module etc. it provides programmable SIN signal output which can be designed in the frequency from 1KHZ to 10MHZ by the user, and the frequency step is only 100HZ. On the other hand, it is also a modulator produces the amplitude modulation and frequency modulation in analog signal modulation area, and also a digital modulation which can produce the phase shift keying and amplitude 1
    shift keying. It is capable to have output that is stable and without distortion even the voltage equal 6V on the load 50 ohm. The system meets all demands and standards of the subject, additionally, there is another signal producer independent to the system which gives the signal be modulated by the analog modulation and provide the function to select the form of the signal freely. The digital baseband sequence can be imported by the keyboard. It’s a very efficient and convenient apparatus with the menu administer, the capability is good enough and the interface is very friendly. We could say, it exceeds the original requirements of the achievement. 目 录 一、 方案论证与比较 …………………………………………4 1.1 常见信号源的产生 …………………………………………4 1.2 调制信号产生方案 …………………………………………4 1.3 方案论证 ……………………………………………………5 二、 总体设计与模块设计分析 ………………………………6 2.1 总体设计与理论分析及相关设计计算 ……………………6 2.2 模块设计与分析……………………………………………10 三、 硬件设计 ………………………………………………13 3.1 系统核心 DDFS 模块 ……………………………………… 13 3.2 液晶显示、键盘输入模块 …………………………………14 2
    3.3 正弦调制信号产生模块 ……………………………………15 四、软件设计 …………………………………………………16 4.1 主控程序设计 ………………………………………………16 4.2 正弦信号发生程序设计 ……………………………………17 4.3 调制信号发生程序设计 ……………………………………18 五、系统调试，测试与分析 …………………………………19 5.1 调试，测试仪器与仪表 ……………………………………19 5.2 硬件调试 ……………………………………………………20 5.3 软件调试 ……………………………………………………20 5.4 软硬件联调 …………………………………………………21 5.5 测试数据与误差分析 ………………………………………21 5.6 系统功能分析 ………………………………………………24 六、总结. ………………………………………………………27 七、参考文献 …………………………………………………28 八、附录 A：使用说明书 ……………………………………29 附录 B：主要程序 ………………………………………30 一、 方案论证与比较 题目要求实现的任务是设计并制作一个正弦信号发生器，要求产生频率范围为 1KHz—10MHz，且频率稳定，步进可控、具有一定幅度、无明显失真度的正弦波；发 挥实现：（1）增加电压幅度；（2）产生模拟幅度调制（AM）信号；（3）产生模拟频 率调制（FM）信号；（4）产生二进制 PSK，ASK 信号。 1.1、常见信号源的产生： 方案一：采用模拟分立元件或单片压控函数发生器，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元件分散性太大， 即使使用单片函数发生器，参数也与外部元件有关，外接的电阻电容对参数影响很 大，因而产生的频率稳定性较差，精度低，抗干扰能力低，成本也高，而且灵活性 较差，不能实现任意波形以及波形运算输出等智能化的功能。 3
    方案二：采用锁相式频率合成方案。锁相式频率合成是一个高稳定度和精确度 的大量离散频率的技术，它在一定程度上解决了既要频率稳定精确，又要频率在较 大范围可变的矛盾。但频率受 VCO 可变频率范围的影响，高低频率比不可能做的很 高，而且只能产生方波或正弦波，不能满足任意波形的要求。 方案三：采用 DDFS，即直接数字频率合成方案。这是目前实际应用的任意波形 发生器常采用的方案. DDFS 是从相位概念出发直接合成所需波形的一种新的频率合 成技术。它在相对带宽、频率转换时间、相位连续性、正交输出、高分辨率以及集 成化等一系列性能指标方面已远远超过了传统频率合成技术。DDFS 的最低合成频率 接近于零频，分辨率可达 200nHz，转换时间最快可达 10ns 的量级，这都是传统频 率合成所不能比拟的。 由以上比较分析，方案三效果较好，具有结构精简，功能实现容易，输出稳定， 操作方便等特点，我们决定选择方案三实现本设计。 1.2、调制信号产生方案： 方案一：采用相乘器，结合分立元器件实现调幅、调相、键控各项功能。但 分立器件分散性太大，即使使用单片集成乘法器，因系统指标与外部元件有关，外 接的分立器件对其影响很大，因而产生的调制波稳定性较差，精度低，抗干扰能力 低，成本也高，而且灵活性较差，不利于实现各种调制波的产生控制。 方案二：采用 DDFS，即直接数字频率合成方案。利用采集到的数字调制信号对 DDFS 的频率、幅度、键控进行控制，产生模拟频率调制（FM）信号、模拟幅度调制 （AM）信号、PSK，ASK 信号。 1.3、方案论证 1.3.1 DDFS 原理 DDFS 的基本原理是利用采样定理，通过查表法产生波形。DDFS 的结构有很 多种，其基本的电路原理可用图（1.3）来表示。 K fo 相位累 加器 波形存 储器 D/A 转 换器 低通滤 波器 fS 4
    图 1.3 DDFS 基本原理图 相位累加器由Ｎ位加法器与Ｎ位累加寄存器级联构成。每来一个时钟脉冲 fs， 加法器将频率控制字ｋ与累加寄存器输出的累加相位数据相加，把相加后的结果送 至累加寄存器的数据输入端。累加寄存器将加法器在上一个时钟脉冲作用后所产生 的新相位数据反馈到加法器的输入端，以使加法器在下一个时钟脉冲的作用下继续 与频率控制字相加。这样，相位累加器在时钟作用下，不断对频率控制字进行线性 相位累加。由此可以看出，相位累加器在每一个时钟脉冲输入时，把频率控制字累 加一次，相位累加器输出的数据就是合成信号的相位，相位累加器的溢出频率就是 DDS 输出的信号频率。 用相位累加器输出的数据作为波形存储器（ROM）的相位取 样地址，这样就可把存储在波形存储器内的波形抽样值（二进制编码）经查找表查 出，完成相位到幅值转换。波形存储器的输出送到 D/A 转换器，D/A 转换器将数字 量形式的波形幅值转换成所要求合成频率的模拟量形式信号。低通滤波器用于滤除 不需要的取样分量，以便输出频谱纯净的正弦波信号。 DDS 一般有三组控制寄存器：频率控制寄存器、幅度控制寄存器和相位控制 寄存器。通过不同的寄存器，可以实现对应频率、幅度、相位的改变。 1.3.2 DDFS 的特点： ①DDFS 的频率分辨率在相位累加器的位数 N 足够大的时，理论上可以获得相 应的分辨精度，这是传统方法难以实现的。 ②由于 DDFS 中无需相位反馈控制，频率建立及频率切换快，并且与频率分辨率、 频谱纯度相互独立，明显优于 PPL。 ③DDFS 的相位误差主要依赖于时钟的相位特性，相位误差小。另外，DDFS 的相位是连续变化的，形成的信号具有良好的频谱，这是传统的直接频率合成 方法无法实现的。 ④在相对带宽、频率转换时间、高分辨力、相位连续性、正交输出以及集成化 等一系列性能指标方面远远超过了传统频率合成技术所能达到的水平，为系统提供 了优于模拟信号源的性能。 综合以上分析，DDFS 方案是完成本题目设计的最佳方案。 5
    二、总体设计与模块设计分析 2.1、总体设计与理论分析及相关设计计算 2.1.1 系统框图 正弦波的实现：通过键盘输入频率控制字，经单片机送至 DDFS 的频率寄存器， 从存储器读出正弦波数据，将数据传给 DDFS 自带的 D/A 转换器进行转换，得到模拟 正弦波形。此时不需调制信号输入。 调制信号的实现：通过键盘选择调制类型，调制信号经单片机处理送至 DDFS 的 对应控制寄存器，控制载波的变化，产生调制信号输出。调制信号如果为模拟 信号，还需经 A/D 采样转换。 液晶显示 调制信号 单片机 DDFS 信号输出 键盘输入 图 2.1.1 系统框图 2.1.2 核心器件选择 AD 公司生产的 CMOS 型 DDS 芯片 AD7008，具有功能较全、性价比高、易于开 发、实现的成品性能较好等特点。其内部集成正弦波函数表，不需外加储存器，大 大简化系统复杂度。且其个位累加器为 32 位，频率分辨率可达 0.012HZ。频率转 换速度与频率间隔、分辨率之间不相干，频率变换的速率仅受限于器件响应速度的 快慢，通常为几十纳秒。适用于频率调制、相位调制、正交调幅调制（其他一般 DDS 芯片所不具备）和驱动倍频琐相环构成分辨率高、转换速度快的频率合成器等 场合。 经分析比较，AD7008 完全满足本系统的设计要求，我们决定选用 AD7008 完成 本系统的核心设计，其内部逻辑框图如图（2.1.2）： 6
    图 2.1.2 AD7008 结构框图 2.1.3 正弦波产生的理论分析与设计计算 通过键盘输入频率控制字，设置 DDFS 的频率寄存器，从存储器读出正弦波数据， 将数据传给 D/A 转换器进行转换，得到模拟正弦波形。实现正弦波的产生功能，不 需调制信号输入模块。其系统框图如图（2.1.3）： 地址计算单元 （相位累加器） 波形存储器 相位步进量X （频率数据） Y N 位 全加 器 累加 寄 存 器 D/A 转换 器 地址值 Fout LPF Fclk 基准时钟 7
    图 2.1.3 正弦波产生框图 具体工作过程如下： 每来一个时钟脉冲 Fclk，N 位加法器将频率控制数据 X 与累加寄存器输出的累 加相位数据相加，把相加后的结果 Y 送至累加寄存器的输入端。累加寄存器一方面 将在上一时钟周期作用后所产生的新的相位数据反馈到加法器的输入端，以使加法 器在下一时钟的作用下继续与频率控制数据 X 相加；另一方面将这个值作为取样地 址值送入幅度/相位转换电路（即图 2.1.3 中的波形存储器），幅度/ 相位转换电路 根据这个地址输出相应的波形数据。最后经 D/A 转换器和低通滤波器将波形数据转 换成所需要的模拟波形。相位累加器在基准时钟的作用下，进行线性相位累加，当 相位累加器加满量时就会产生一次溢出，这样就完成了一个周 期，这个周期也就是 DDS 信号的一频率周期。DDS 输出信号的频率由下式给定： Fout=(X/Y)×Fclk （1） 假定基准时钟为 70MHz，累加器为 16 位，则 Y=2E16=65536，Fclk=70MHz，再假 定 X=4096，则 Fout=(4096/65536) ×70=4.375MHz。 可见，通过设定相位累加器位数、频率控制字 X 和基准时钟的值，就可以产生 任一频率的输出。DDS 的频率分辨率定义为： Fout=Fclk/Y (2) 由于基准时钟一般固定，因此相位累加 器的位数就决定了频率分辨率。如 上面的例子，相位累加器为 16 位，那么频率分辨率就可以认为是 16 位。位数越多， 分辨率越高。AD7008 的个位累加器为 32 位，频率分辨率可达 0.012Hz。 2.1.4 模拟调制信号产生的理论分析与设计计算 调幅（AM）是指调制信号按某一特定方式去控制高频载波振幅的调制过程。 具体说来应表示为： K V0 cm v t( ) 0) （3） 1 Kv ( )t cos(w tc 0) Vm0 1 Kv ( )t cos(w tc 式中，Vm0 K V0 cm ，Vcm 为正弦载波 ，v ( )t 为基带调制信号，v t( )为输出已调波信 号。K 、K0 均为常数，它们表示电路在完成调制 8
    分享到：
    赞 收藏

    相关推荐

    资料库

    开发技术

    共收录19306份资料，累计14个分类，关注成员有19位，主要包括：Actionscript,Javascript,PHP,VB,Perl,Delphi,Python,C#,C,Java,C++,Web开发,硬件开发,其它

    热门标签

    Actionscript Javascript PHP VB Perl Delphi Python C# C Java C++ Web开发 硬件开发 其它

    最新资料