日志
dds數(shù)字頻率合成
摘 要
本文主要介紹了采用直接數(shù)字頻率合成DDS芯片實現(xiàn)正弦信號輸出，并完成調(diào)頻，調(diào)幅功能。它采用 美國模擬器件公司（AD公司）的芯片AD9851，并用AT89C51單片機對其控制，首先從DDS芯片的輸出，經(jīng)低通濾波得到正弦信號，然后對該信號進 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，相位控制字等來實現(xiàn)，而調(diào)幅部分需在DDS輸出正弦信號之后外加一調(diào)幅器實現(xiàn)。 調(diào)幅部分將DDS輸出作為載波信號，RC振蕩器提供1KHz振蕩作為調(diào)幅信號，它利用了乘法器MC1496完成對正弦信號調(diào)制。該系統(tǒng)輸出穩(wěn)定度、精度極 高，適用于當代的尖端的通信系統(tǒng)和精密的高精度儀器。
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)計方案，還有系統(tǒng)硬件電路和軟件編寫設(shè)計等，其中如采用的AD9851芯片和調(diào)幅模塊電路設(shè)計作了詳細介紹。
關(guān)鍵詞：直接數(shù)字頻率合成(DDS)；AD9851；調(diào)頻；調(diào)幅
Abstract
This article mainly introduced uses the direct digital frequency to synthesize the DDS chip 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 monolithic 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 amplitude modulation. Frequency modulation partial may through revise the DDS chip in software the frequency control word, the phase control word and so on realizes, but the amplitude modulation are partial must after the DDS output sine signal sur- amplitude modulator realization. The amplitude modulation partially the DDS output took the intelligence signal, the RC oscillator provides the 1KHz vibration to take the amplititude-modulated signal, it used multiplier MC1496 to complete to the sine signal modulation. This system output stability, the precision are extremely high, is suitable for the contemporary acme communications system and the precise precision instrument.
This article 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 AD9851 chip and the amplitude modulation module circuit design has made the detailed introduction.
Key word: Direct digital frequency synthesis (DDS)； AD9851； frequency modulation；amplitude modulation
目 錄
2.1 設(shè)計任務(wù)及初步規(guī)劃設(shè)計 7
2.2 方案提出及系統(tǒng)整體設(shè)計框圖 7
3.1.1 AD9851內(nèi)部結(jié)構(gòu) 10
3.3.1 MC1496內(nèi)部結(jié)構(gòu) 16
3.3.2 MC1496靜態(tài)工作點的設(shè)置 17
3.3.3 MC1496在振幅調(diào)制中的應(yīng)用 17
5.1.3 調(diào)試經(jīng)驗總結(jié) 31
在現(xiàn)代雷達，通信，宇航，儀表，電視廣播，遙控遙測和電子對抗等系統(tǒng)中，一個能在一定頻率范圍內(nèi)提供一系列高準確度和高穩(wěn)定度的信號頻率源有著廣泛的應(yīng)用
價值，同時也是眾多應(yīng)用電子系統(tǒng)實現(xiàn)高性能的關(guān)鍵因素之一。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。頻率合成通過對一個或多個高穩(wěn)定度和精確度的參考頻率源進行加、減、乘、除運算得到所需的頻率。
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）則是上個世紀70年代，美國學者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率合成原理。它將先進的數(shù)字信號處理
（DSP，Digital Signal Processing）理論和方法引入到頻率合成領(lǐng)域中，從而有效解決許多模擬合成技術(shù)無法解決的問題。
限
于當時的技術(shù)和器件水平，它的性能指標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)換時可保持相位的
連續(xù)，易于實現(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，價格低，功耗小，生產(chǎn)一致性好，因此，DDS技術(shù)近年來得到了
飛速發(fā)展，它的應(yīng)用也越來越廣泛，可以說直接數(shù)字頻率合成的興起也標志著第三代頻率合成技術(shù)的形成。
直
接數(shù)字頻率合成是近年來發(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，直接對輸入?yún)⒖紩r鐘進行抽樣，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。DDS主要由參考頻率源、相位累加器、正弦ＲＯＭ表、Ｄ／Ａ轉(zhuǎn)換器
（Digital Analog
Converter,簡稱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，參考頻率源是一個高穩(wěn)定的晶體振蕩器，其輸出信號作為DDS
合成頻率的基準頻率，同時保證DDS中各部件同步工作，來自單片機系統(tǒng)的頻率控制字K控制相位累加器的累加次數(shù)，從而改變輸出頻率的高低及其相位大小。
|
|
K
輸出
參考頻率源
圖1.1 DDS結(jié)構(gòu)原理圖
相 位累加器由Ｎ位加法器與Ｎ位累加寄存器級聯(lián)構(gòu)成。每來一個時鐘脈沖，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時鐘脈沖作用后所產(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時鐘脈沖的作用下繼續(xù)與頻率控 制字相加。這樣，相位累加器在時鐘作用下，不斷對頻率控制字進行線性相位累加。由此可以看出，相位累加器在每一個時鐘脈沖輸入時，把頻率控制字累加一次， 相位累加器輸出的數(shù)據(jù)就是合成信號的相位，相位累加器的溢出頻率就是ＤＤＳ輸出的信號頻率。 用相位累加器輸出的數(shù)據(jù)作為波形存儲器（ＲＯＭ）的相位取樣地址，這樣就可把存儲在波形存儲器內(nèi)的波形抽樣值（二進制編碼）經(jīng)查找表查出，完成相位到幅值 轉(zhuǎn)換。波形存儲器的輸出送到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。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。 ＤＤＳ在相對帶寬、頻率轉(zhuǎn)換時間、高分辨力、相位連續(xù)性、正交輸出以及集成化等一系列性能指標方面遠遠超過了傳統(tǒng)頻率合成技術(shù)所能達到的水平，為系統(tǒng)提供 了優(yōu)于模擬信號源的性能。
下面我們討論DDS輸出頻率的推導：
一個頻譜純凈的單頻信號可表示為：
（1.1）
只要幅度U和初始相位不隨時間變化，是常數(shù)，它的頻譜就是位于
的一條譜線。這里為說明問題方便起見，我們令U=1，
=0，即
（1.2）
這種單頻信號的主要特性是它的相位是時間的線形函數(shù)，即
（1.3）
相位函數(shù)對時間的倒數(shù)就常數(shù)
（1.4）
這就是信號的頻率。由式（1-3），（1-4）可知，相位函數(shù)是一條直線，它的斜率就是信號的頻率。
如果對式（1.2）信號進行采樣，采樣周期為（即采樣頻率
），則可得到離散的波形序列
(n=0,1,2,…) （1.5）
相應(yīng)的離散相位序列
(n=0,1,2,…) （1.6）
式中
（1.7）
是連續(xù)兩次采樣之間的相位增量。
若采樣值在采樣間隔內(nèi)進行保持，則可得到階梯狀的相位和信號波形。根據(jù)采樣定理，只要
（1.8）
從式（1.5）的離散序列即可唯一地恢復出式（1.2）的模擬信號。保持的作用則是可使得所需模擬信號的分量加大，且將采樣形成的高次諧波分量受到很大的抑制。因此，為合成（1.2）的模擬信號，可先生成與其相對應(yīng)的階梯信號，再經(jīng)濾波而得到。
從式（1.3）已經(jīng)知道，是相位函數(shù)的斜率決定了信號的頻率，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，只要控制這個相位增量即可控制合成信號的頻率。
綜上所述，為合成所需頻率的模擬信號，必須解決以下一些技術(shù)問題：
(1)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完成；
(2)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器ROM來存儲一個正弦函數(shù)表的幅值代碼；
(3)將幅度代碼變換成模擬電壓，這可由數(shù)模變換器DAC來完成；
(4)相位累加器輸出的累加相位在量詞采樣的間隔時間內(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。
DDS的工作實質(zhì)是以參考頻率源（用作一個穩(wěn)定時鐘）對相位進行等可控間隔的采樣。其工作過程為：
(1) 以輸入數(shù)字信號K確定一個頻率值；
(2) 該頻率值以數(shù)字信號累加至相位累加器以生成實時數(shù)字相位信息；
(3) 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”；
(4) DAC將數(shù)字幅度值轉(zhuǎn)換成模擬幅度值；
(5) DDS產(chǎn)生的混疊于干擾由抗混疊濾波器處理后輸出。
由于：，其中
為一個采樣間隔
之間的相位增量，采樣周期
，則：
（1.9）
通過改變的大小，就可以獲得不同的頻率輸出。
設(shè)相位累加器的字長為N，控制ROM產(chǎn)生一整周正弦波輸出是L位，則相當于
rad，而L位中的MSB（最高有效位）相當于
rad，L位中的LSB（最低有效位）相當于
rad,同樣，相位累加器N位中的LSB相當于
rad，即為最小相位增量，因此，頻率控制字K值對應(yīng)的相位增量
為：
（1.10）
將（1.10）式代入（1.9）式，得
（1.11）
即通過改變K可以得到不同的頻率輸出。
由式（1.3）可知DDS的頻率分辨率（也是最小的頻率間隔）為當K=1時的輸出頻率：
（1.12）
可見參考輸入時鐘頻率一定時，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。
DDS中輸出濾波器采用LPF，這是因為DDS合成信號是正弦波時，D/A輸出擔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之后需跟一個低通濾波器。
由Nyquist準則可知，允許輸出最高頻率為
/2，即K
，但實際應(yīng)用中受LPF的限制，
小于
/2，以便濾除鏡像頻率，一般：
（1.13）
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，同時它的輸出相位連續(xù)，頻率穩(wěn)定度高。
在DDS中，輸出信號波形的三個參數(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實現(xiàn)，相位調(diào)制可以由改變瞬時相位字來實現(xiàn)，振幅調(diào)制可
以用在ROM的DAC之間加數(shù)字乘法器來實現(xiàn)。因此，許多廠商在生產(chǎn)DDS ASIC芯片時，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，這無疑為實現(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。
一般的窄帶帶通信號調(diào)制輸出可表示為：
（1.14）
式中是載波頻率，u(t)是基帶信號的等效低通信號波形。
（1.15）
式中，
分別為兩路正交符號序列，
，
是相應(yīng)符號的幅度和相角，
是基本脈沖波形。當
是約束在
中傳輸時，
當
（1.16）
調(diào)制輸出為：
（1.17）
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。
DDS的頻率調(diào)制高速可變性使其非常適合于進行頻率調(diào)制。如多級頻移鍵控（MFSK）調(diào)制：
（1.18）
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現(xiàn)MFSK調(diào)制，若進一步
隨時間跳變，則可以實現(xiàn)調(diào)頻調(diào)制。
（1.19）
式中T為符號時間，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信號的實時頻率為：
（1.20）
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，這種方式實現(xiàn)GMSK調(diào)制，比正交調(diào)制簡單而且直接準確地生成波形，兼實現(xiàn)簡便和精度高的特點。
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)大大簡化，成本，復雜度也大大降低。
正因為DDS的這些特點，在通信系統(tǒng)，跳頻和擴頻系統(tǒng)，電子戰(zhàn)和干擾系統(tǒng)，多譜勒和線形調(diào)頻雷達，無線電和電視廣播設(shè)備，HDTV以及測試設(shè)備等系統(tǒng)中必將會有非常廣泛的用途，尤其是，它很適宜用于數(shù)控多譜勒加到達角探測系統(tǒng)中。
1.2 DDS性能相對于傳統(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。相對于直接模擬合成和鎖相環(huán)而言，直接數(shù)字頻率（DDS）主要就有以下特點：
(1) 輸出頻率相對帶寬較寬
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)計難度以及對輸出信號雜散的抑制，實際的輸出頻率帶寬仍能達到４０％ｆs。
(2) 頻率轉(zhuǎn)換時間短
�。模模邮且粋�開環(huán)系統(tǒng)，無任何反饋環(huán)節(jié)，這種結(jié)構(gòu)使得ＤＤＳ的頻率轉(zhuǎn)換時間極短。事實上，在ＤＤＳ的頻率控制字改變之后，需經(jīng)過一個時鐘周期之后按照新
的相位增量累加，才能實現(xiàn)頻率的轉(zhuǎn)換。因此，頻率轉(zhuǎn)換的時間等于頻率控制字的傳輸時間，也就是一個時鐘周期的時間。時鐘頻率越高，轉(zhuǎn)換時間越短。ＤＤＳ的
頻率轉(zhuǎn)換時間可達納秒數(shù)量級，比使用其它的頻率合成方法都要短數(shù)個數(shù)量級。
(3) 頻率分辨率極高
若時鐘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，許多小于１ｍＨｚ甚至更小。
（４）相位變化連續(xù)
改變ＤＤＳ輸出頻率，實際上改變的每一個時鐘周期的相位增量，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，因而保持了信號相位的連續(xù)性。
（５）輸出波形的靈活性
只要在ＤＤＳ內(nèi)部加上相應(yīng)控制如調(diào)頻控制ＦＭ、調(diào)相控制ＰＭ和調(diào)幅控制ＡＭ，即可以方便靈活地實現(xiàn)調(diào)頻、調(diào)相和調(diào)幅功能，產(chǎn)生ＦＳＫ、ＰＳＫ、ＡＳＫ和
ＭＳＫ等信號。另外，只要在ＤＤＳ的波形存儲器存放不同波形數(shù)據(jù)，就可以實現(xiàn)各種波形輸出，如三角波、鋸齒波和矩形波甚至是任意的波形。當ＤＤＳ的波形存
儲器分別存放正弦和余弦函數(shù)表時，既可得到正交的兩路輸出。
（６）其他優(yōu)點
由于ＤＤＳ中幾乎所有部件都屬于數(shù)字電路，易于集成，功耗低、體積小、重量輕、可靠性高，且易于程控，使用相當靈活，因此性價比極高。
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40–75dB，ECL型低密 度集成，速度較高，而CMOS型價格便宜，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)計者提供了多種選擇。目前國內(nèi)能買到的多為CMOS型低價的DDS芯片，它的工作頻率較低，不過隨著集成 制造技術(shù)的進步，現(xiàn)在的CMOS型DDS芯片的最高工作頻率已可達數(shù)百兆赫茲，完全可以滿足數(shù)控多譜勒加到達角探測系統(tǒng)對頻率源的要求�，F(xiàn)在DDS的工作 速度主要受到D/A變換器的限制。
而本文采用的是AD公司生產(chǎn)的AD9851芯片來實現(xiàn)技術(shù)指標的。
2 課題總體方案設(shè)計及論證2.1 設(shè)計任務(wù)及初步規(guī)劃設(shè)計本課題是利用高性能DDS芯片設(shè)計頻率范圍在0～10 MHz，并能夠?qū)崿F(xiàn)調(diào)頻、調(diào)幅的信號源。要求其頻率穩(wěn)定度小于等于10-6
在對本課題總體規(guī)劃設(shè)計過程中，主要可分成以下幾塊：
(1) 控制電路的設(shè)計，其主要功能是完成對DDS芯片的控制，包括頻率控制字，相位控制字等的數(shù)據(jù)輸入信號以及頻率更新和字輸入時鐘端等的控制信號。這些控制信 號可以由PC機，單片機，可編程邏輯器件PLD，或者常規(guī)的數(shù)字邏輯電路來產(chǎn)生。PLD是由用戶在工作現(xiàn)場進行編程的邏輯器件，在產(chǎn)品研制的未定型階段， 這種方式比較靈活，常規(guī)的數(shù)字邏輯電路最簡單，價格最便宜，最容易上手，但不夠靈活。而單片機具有體積小，可控性高，控制功能強，使用方便，性價比較高等 諸多優(yōu)點，我準備采用常用的控制電路的芯片AT8951單片機來完成控制部分的功能。
(2) 參考時鐘電路設(shè)計。參考頻率源可選用普通晶體振蕩器，溫補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最好，但體積最大，價格也 最貴，而普通晶體振蕩器雖價格便宜，但其頻率穩(wěn)定度通常較低，所以在工程實際中，一般采用溫補晶體振蕩器作為DDS的參考時鐘輸入比較合適。
(3) 系統(tǒng)電源設(shè)計。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，對提高DDS的性能就越有好處。
(4) 正弦信號發(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)的正弦信號，因此正弦信號性能的好壞直接決定了該設(shè)計是否符合技術(shù)指標要求，還有進一步的調(diào)幅性能的好壞。鑒于2中對DDS芯片AD9851的介紹，用該芯片便可在理論上具有可行性。
(5) 波形的整定電路設(shè)計。實際設(shè)計與實現(xiàn)上，由于輸入DDS芯片的參考時鐘脈沖效果不理想，DDS相位截斷誤差,幅度量化誤差和DAC的非線形，輸出信號存在 不同程度的相位噪聲和雜散信號，因此在設(shè)計中，在DDS輸出的輸出信號之后加一低通濾波器，濾除不必要的噪聲干擾。
(6) 調(diào)幅電路設(shè)計。調(diào)幅是本設(shè)計一個很重要的環(huán)節(jié)，用前面正弦信號輸出作為調(diào)幅載波，利用RC振蕩器產(chǎn)生一定頻率的正弦信號作為調(diào)幅信號，利用乘法器將調(diào)幅信號調(diào)制到載波頻率上。
2.2 方案提出及系統(tǒng)整體設(shè)計框圖2.2.1 系統(tǒng)各部分設(shè)計方案(1)．常見信號源制作方法
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。
方案 二 ：采用鎖相式頻率合成方案，鎖相式頻率合成是將一個高穩(wěn)定度和高精度的標準頻率經(jīng)過加減乘除的運算產(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。
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：
圖2.1
它 以有別于其它頻率合成方法的優(yōu)越性能和特點成為現(xiàn)代頻率合成技術(shù)中的佼佼者。具體體現(xiàn)在相對帶寬、頻率轉(zhuǎn)換時間短、頻率分辨率高、輸出相位連續(xù)、可產(chǎn)生寬 帶正交信號及其他多種調(diào)制信號、可編程和全數(shù)字化、控制靈活方便等方面，并具有極高的性價比,正因如此，我們采用方案三。
(2) 調(diào)頻電路
方案 一 ：D/A控制
此方案預先測試和計算好產(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，在需要時利用單片機控制D/A轉(zhuǎn)換即可完成，此方案設(shè)計的是一個開環(huán)的系統(tǒng)，他的穩(wěn)定性不好，且頻率步進無法做得很小。
方案 二 ：壓控振蕩器
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，如果用調(diào)制信號來控制壓控振蕩器的輸入電壓，即可實現(xiàn)調(diào)頻。這樣顯然簡單而容易控制，且精度較高。
方案三：通過軟件實現(xiàn)
還 可以完全通過改變DDS的頻率控制字的方法來實現(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)計及鍵盤預設(shè)一定頻率，由單片機來控制改變DDS頻率 控制字參數(shù)，即可實現(xiàn)調(diào)頻。因此考慮采用本方案。
(3) 調(diào)幅電路
方案 一 采用分立器件實現(xiàn)，但其電路制作繁復且性能不甚理想。
方案 二 用模擬乘法器MC1496實現(xiàn)調(diào)制信號對載波信號的幅度調(diào)制，由于輸出正弦波頻率非常高，根據(jù)以往的經(jīng)驗，從1K到1MHZ 得出的波形是很好，但從1MHZ至10MHZ時由于輸出幅度不夠，波形明顯失真。
(4) 顯示模塊
方案一 采用普通LED 顯示，其優(yōu)點是操作方便，但顯示信息及功能少，且耗電量大。
方案二 采用液晶（LCD）顯示，界面形象清晰，內(nèi)容豐富，可顯示復雜字符，易于和單片機接口，且耗電少。故選用該方案。
2.2.2 系統(tǒng)整體設(shè)計框圖本系統(tǒng)通過單片機控制AD9851頻率控制字實現(xiàn)頻率合成，經(jīng)低通濾波器濾除噪聲和雜散信號就可得到比較純正的正弦信號。同時，調(diào)制正弦波信號通過單片機 AD采樣后，并行輸入改變DDS芯片頻率控制字就可實現(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以后，再通過 乘法器設(shè)計的一個調(diào)幅器完成對信號的調(diào)幅操作。整個系統(tǒng)的整體設(shè)計框圖如下圖2.2所示：
圖2.2 系統(tǒng)整體設(shè)計框圖
3 硬件電路設(shè)計3.1 直接數(shù)字頻率合成模塊這里我們采用的是AD公司的DDS系列芯片之一的AD9851，其優(yōu)異的功能，尤其是其先進的CMOS工藝，使其得到廣泛的應(yīng)用。下面就介紹AD9851的原理及性能。
3.1.1 AD9851內(nèi)部結(jié)構(gòu)AD9851 芯片是AD公司生產(chǎn)的最高時鐘頻率為180MHz，采用先進的CMOS技術(shù)的高集成度直接數(shù)字式頻率合成器件。它由一個高速DDS，一個高性能DAC以及 比較器等構(gòu)成一個完全數(shù)字控制可編程頻率合成器，其時鐘輸入端內(nèi)置一個6倍頻器，并且具有始終產(chǎn)生共嫩能夠。AD9851的原理框圖如圖3.1所示：
圖3.1 AD9851原理框圖
AD9851芯片的主要性能特點有：① 語序最高輸入時鐘180MHz，同時可選擇是否啟用內(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)含一個高速比較器；④ 具有簡化的控制接口，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 其自由寄生動態(tài)范圍（SFDR）>43dB@70MHz輸出；⑩ 采用極小的28腳貼片式封裝。
AD9851可用作一個高精度的可編程的數(shù)字頻率合成器和時鐘生成器，當參考時鐘源的頻率精度很高時，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)部的比較器轉(zhuǎn)換成方波作時鐘源。
由于AD9851的核心具有32bits的頻率控制字，當系統(tǒng)輸入時鐘頻率為180MHz時，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倍頻參考時鐘乘法器這樣輸入的時鐘頻率不需要很高，且該乘法器具有很小的SFDR和相位噪聲。
AD9851芯片引腳分布如圖3.2所示：
圖3.2 AD9851引腳分布
AD9851內(nèi)含一個40bits的積存器，用于儲存32位控制字，5位相位調(diào)制字以及6倍頻參考時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)制字可以以并行或串行異步兩種方式輸入。并行輸入時沒次輸入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/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，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：
| 引腳號 | 引腳名 | 功能 |
| 4～1 28～25 | D0～D7 | 8位數(shù)據(jù)輸入端，用來裝入32位頻率和8位相位控制字，D0為最低有效位，D8為最高有效位，同時D7用作40位串行數(shù)據(jù)輸入引腳。 |
| 5 | PGND | 6倍頻參考時鐘乘法器接地端。 |
| 6 | PVCC | 6倍頻參考時鐘乘法器正電源電壓引腳。 |
| 7 | W | 字輸入時鐘端。上升沿異步裝入并行或串行的頻率/相位控制字到40位輸入寄存器。 |
| 8 | FQ | 頻率更新端。上升沿異步將40位寄存器的內(nèi)容DDS核心，使其工作。只有當輸入寄存器中的內(nèi)容是允許的有效數(shù)據(jù)時才能發(fā)出一個FQ |
| 9 | REFCLOCK | 參考時鐘輸入端。CMOS/TTL電平脈沖序列，直接或經(jīng)過6倍頻乘法器輸入。直接輸入方式下，其輸入即是系統(tǒng)時鐘，如果6倍頻乘法器工作，則乘法器的輸出是系統(tǒng)時鐘。系統(tǒng)時鐘的上升沿有效。 |
| 10，19 | AGND | 模擬地。數(shù)模轉(zhuǎn)換器和比較器的模擬接地端 |
| 11，18 | AVDD | 18腳為數(shù)模轉(zhuǎn)換器和比較器的模擬電路正電壓端，11腳為參考基準電壓 |
| 12 | Rset | 數(shù)模轉(zhuǎn)換器外部管腳。Rset通過一個3.92 |
| 13 | VOUTN | 負電平輸出端。比較器的互補CMOS邏輯負電平輸出。 |
| 14 | VOUTP | 正電平輸入端。比較器的CMOS邏輯正電平輸出。 |
| 15 | VINN | 負電平輸入端。比較器反向輸入。 |
| 16 | VINP | 正電平輸入端。比較器正向輸入。 |
| 17 | DACBP | 數(shù)模轉(zhuǎn)換器的旁路連接端。 |
| 20 | IOUTB | 與IOUT端具有相同特性的DAC互補輸出端，IOUTB=IOUT（SFDR最佳時）。 |
| 21 | IOUT | 數(shù)模轉(zhuǎn)換器的正輸入端。輸出電流粗要轉(zhuǎn)換為電壓，一般通過電阻或轉(zhuǎn)換器與地相接。 |
| 22 | RESET | 主復位端，高電平有效�？墒笵DS累加器及相位補償寄存器清零。上電后，要先復位再寫如程序控制字。 |
| 23 | DVDD | 數(shù)字電路的正電平輸入端。 |
| 24 | DGND | 數(shù)字地。 |
表3.1 AD9851引腳功能表
AD9851采用先進的CMOS集成技術(shù)，當其工作在最高時鐘頻率180MHz，電源電壓為+5v時，功毫僅為550mW，當電源電壓大于3v時，它可在-40℃～+85℃下正常工作，當電源電壓低于3v時，AD9851可在0℃～+85℃下工作。
上電復位后，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AD9851被自動置為行輸入模式，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：
| 數(shù)據(jù)位 | W0 | W1 | W2 | W3 | W4 |
| D7 | Phase-b4 (MSB) | Freq-b31 (MSB) | Phase-b23 | Phase-b15 | Phase-b8 |
| D6 | Phase-b3 | Phase-b30 | Phase-b22 | Phase-b14 | Phase-b6 |
| D5 | Phase-b2 | Phase-b29 | Phase-b21 | Phase-b13 | Phase-b5 |
| D4 | Phase-b1 | Phase-b28 | Phase-b20 | Phase-b12 | Phase-b4 |
| D3 | Phase-b0 (LSB) | Phase-b27 | Phase-b19 | Phase-b11 | Phase-b3 |
| D2 | Power-Down | Phase-b26 | Phase-b18 | Phase-b10 | Phase-b2 |
| D1 | Logic 0* | Phase-b25 | Phase-b17 | Phase-b9 | Phase-b1 |
| D0 | 6×TEFCLOCK Multiplier Enable | Phase-b24 | Phase-b16 | Phase-b8 | Phase-b0 (LSB) |
表3.2 并行輸入方式
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柨刂疲琖 CLK端每來一個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5個上升沿，8bits×5次數(shù)據(jù)輸入完后，40bit輸入寄存器滿，這時在
端來一個上升沿，即可啟動DDS核心工作產(chǎn)生所設(shè)置的頻率信號，同時AD9851內(nèi)部程序地址指針又回到W0。
串行輸入控制字功能表如表3.3所示：
| W0 | Freq-b0 LSB | W10 | Freq-b10 | W20 | Freq-b20 | W30 | Freq-b30 |
| W1 | Freq-b1 | W11 | Freq-b11 | W21 | Freq-b21 | W31 | Freq-b31 |
| W2 | Freq-b2 | W12 | Freq-b12 | W22 | Freq-b22 | W32 | Freq-b32 |
| W3 | Freq-b3 | W13 | Freq-b13 | W23 | Freq-b23 | W33 | Freq-b33 |
| W4 | Freq-b4 | W14 | Freq-b14 | W24 | Freq-b24 | W34 | Freq-b34 |
| W5 | Freq-b5 | W15 | Freq-b15 | W25 | Freq-b25 | W35 | Freq-b35 |
| W6 | Freq-b6 | W16 | Freq-b16 | W26 | Freq-b26 | W36 | Freq-b36 |
| W7 | Freq-b7 | W17 | Freq-b17 | W27 | Freq-b27 | W37 | Freq-b37 |
| W8 | Freq-b8 | W18 | Freq-b18 | W28 | Freq-b28 | W38 | Freq-b38 |
| W9 | Freq-b9 | W19 | Freq-b19 | W29 | Freq-b29 | W39 | Freq-b39 |
表3.3 串行輸入方式
當以串行異步方式輸入控制字時，一般可先復位，再以并行方式輸入第一個控制字W0=XXXXX011，然后在端輸入一個上升沿信號，即可將AD9851設(shè)置為串行輸入模式，這時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，40個連續(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)生一個所設(shè)置的頻率信號輸出。
在這里給出了單片機控制下的直接數(shù)字合成模塊并行輸入方式的設(shè)計電路圖3.3所示：
圖3.3 AD9851及濾波器電路
選用一個20MHz高穩(wěn)定有源晶振，既保證輸出頻率穩(wěn)定，減小高頻輻射，又提高了系統(tǒng)的電磁兼容能力�？刂齐娐烦跏蓟疉D9851，時鐘信號為 120MHz，DDFS在脈沖展寬信號的激勵下產(chǎn)生線性調(diào)頻信號。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。
下面分析AD9851實現(xiàn)準確頻偏調(diào)頻的計算過程：
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位，則1Hz頻偏控制字ΔFSW為：
35.7913 （3.1）
10kHz時的頻偏控制字即：
ΔFSW×10000=35．7913×10000＝357913 （3.2）
10位ADC采樣調(diào)頻，則量化峰值＝512對應(yīng)最大頻偏10kHz，則
每單位量化值的頻偏控制字為：
357913/512699 （3.3）
則實時頻偏控制字：
ΔFSW＝頻率控制字的改變值＝（ADC采樣值－直流電平）×699 （3.4）
3.2 單片機控制電路設(shè)計AT89S51 是一種帶4K字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲器FPEROM的低電壓，高性能CMOS8位微處理器，俗稱單片機。該器件采用ATMEL高密度非易失存儲器制 造技術(shù)制造，與工業(yè)標準的MCS-51指令集和輸出管腳相兼容。由于將多功能8位CPU和閃爍存儲器組合在單個芯片中，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廉的方案。
3.2.1 主要特性
·與MCS-51 兼容 ·128*8位內(nèi)部RAM
·4K字節(jié)可編程閃爍存儲器 ·32可編程I/O線
·壽命：1000寫/擦循環(huán) ·兩個16位定時器/計數(shù)器
·數(shù)據(jù)保留時間：10年 ·5個中斷源
·全靜態(tài)工作：0Hz-24Hz ·可編程串行通道
·三級程序存儲器鎖定 ·低功耗的閑置和掉電模式
·片內(nèi)振蕩器和時鐘電路
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8位漏級開路雙向I/O口，每腳可吸收8TTL門電流。當P1口的管腳第一次寫1時，被定義為高阻輸入。P0能夠用于外部程序數(shù)據(jù)存
儲器，它可以被定義為數(shù)據(jù)/地址的第八位。在FIASH編程時，P0
口作為原碼輸入口，當FIASH進行校驗時，P0輸出原碼，此時P0外部必須被拉高。
P1口：P1口是一個內(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，將輸出電流，這是由于內(nèi)部上拉的緣故。在FLASH編程和校驗時，P1口作為第八位地址接收。
P2口：P2口為一個內(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TTL門電流，當P2口被寫“1”時，其管腳被內(nèi)部上拉電阻拉高，且
作為輸入。并因此作為輸入時，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口當用于外部程序存儲器或16位地址外部數(shù)據(jù)存儲器進行
存取時，P2口輸出地址的高八位。在給出地址“1”時，它利用內(nèi)部上拉優(yōu)勢，當對外部八位地址數(shù)據(jù)存儲器進行讀寫時，P2口輸出其特殊功能寄存器的內(nèi)容。
P2口在FLASH編程和校驗時接收高八位地址信號和控制信號。
P3口：P3口管腳是8個帶內(nèi)部上拉電阻的雙向I/O口，可接收輸出4個TTL門電流。當P3口寫入“1”后，它們被內(nèi)部上拉為高電平，并用作輸入。作為輸入，由于外部下拉為低電平，P3口將輸出電流（ILL）這是由于上拉的緣故。
P3口同時為閃爍編程和編程校驗接收一些控制信號。
RST：復位輸入。當振蕩器復位器件時，要保持RST腳兩個機器周期的高電平時間。
ALE/PROG：
當訪問外部存儲器時，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，ALE端以不變的頻率周期
輸出正脈沖信號，此頻率為振蕩器頻率的1/6。因此它可用作對外部輸出的脈沖或用于定時目的。然而要注意的是：每當用作外部數(shù)據(jù)存儲器時，將跳過一個
ALE脈沖。如想禁止ALE的輸出可在SFR8EH地址上置0。此時，
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，置位無效。
/PSEN：外部程序存儲器的選通信號。在由外部程序存儲器取指期間，每個機器周期兩次/PSEN有效。但在訪問外部數(shù)據(jù)存儲器時，這兩次有效的/PSEN信號將不出現(xiàn)。
/EA/VPP：當/EA保持低電平時，則在此期間外部程序存儲器（0000H-FFFFH），不管是否有內(nèi)部程序存儲器。注意加密方式1時，/EA將內(nèi)
部鎖定為RESET；當/EA端保持高電平時，此間內(nèi)部程序存儲器。在FLASH編程期間，此引腳也用于施加12V編程電源（VPP）。
振幅調(diào)制部分主要采用模擬乘法器集成芯片來實現(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，都可以視為兩個信號相 乘或者包含相乘的過程。采用集成模擬乘法器實現(xiàn)上述功能比采用分立期間簡單得多，而且性能優(yōu)越。所以目前在無線通信，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MC1495/1496，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AD公 司的產(chǎn)品。本系統(tǒng)用比較普通的MC1496來實現(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)余無線電收發(fā)訊機常用IC。下面介紹 一下MC1496芯片。
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：
圖3.4 MC1496內(nèi)部電路圖
其 中，T1，T2于T3，T4組成雙差分放大器，集電極負載電阻是Rc1,Rc2。T5，T6組成的單差分放大器用于激勵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輸出。引腳2和3外接電阻RE，對差分放大器 T5，T6產(chǎn)生電流負反饋，可調(diào)節(jié)乘法器的信號增益，擴展輸入電壓Vy的線形動態(tài)范圍，引腳14為負電源端（雙電源供電時）或接地端（單電源供電時），引 腳5外接R5，用來調(diào)節(jié)偏置電流I5及鏡像電流IO的值。
3.3.2 MC1496靜態(tài)工作點的設(shè)置（1）靜態(tài)偏置電壓的設(shè)置
靜態(tài)偏置電壓的設(shè)置應(yīng)保證各個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)，對于圖3.4所示的內(nèi)部電路，在應(yīng)用時，靜態(tài)偏置電壓應(yīng)滿足下列關(guān)系：
（3.5）
（3.6）
（2）靜態(tài)偏置電流的確定
靜態(tài)偏置電流主要由恒流源的值來確定。當器件為單電源工作時，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
（3.7）
當器件為雙電源工作時，引腳14接負電源（一般接-8V），5腳通過電阻
接地，因此，改變
也可以調(diào)節(jié)
的大小，即
（3.8）
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。
器件的總毫散功率可由下式估算：
（3.9）
應(yīng)小于器件的最大允許毫散功率（33mW）。
振幅調(diào)制就是使載波信號的振幅隨調(diào)制信號的變化規(guī)律而變化。通常載波信號為高頻信號，調(diào)制信號為低頻信號。設(shè)載波信號的表達式為：
vc(t)=Vcmcosωct (3.10)
調(diào)制信號的表達式為：
vΩ (t)=VΩmcosΩt （3.11）
則調(diào)幅信號的表達式為：
vo(t)= Vcm(1+mcosΩt) cosωct
= Vcmcosωct+1/2mVcmcosωc+Ω)t+1/2mVcmcos(ωc-Ω)t （3.12）
式中，m為調(diào)制指數(shù)，m=VΩm/Vcm；Vcmcosωct為載波信號；1/2mVcmcosωc+Ω)t為上邊帶信號；1/2mVcmcos(ωc-Ω)t為下邊帶信號。它們的波形及頻譜如圖3.4所示：
圖3.5 a.調(diào)幅波波形 b.調(diào)幅波頻譜
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)幅波的表達式為：
vo(t)= 1/2mVcmcosωc+Ω)t+1/2mVcmcos(ωc-Ω)t （3.13）
單邊帶調(diào)幅波的表達試為：
vo(t)= 1/2mVcmcosωc+Ω)t （3.14）
或vo(t)= 1/2mVcmcos(ωc-Ω)t （3.15）
MC1496
構(gòu)成的振幅調(diào)制器電路如圖3.5所示。其中，載波信號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）可計算靜態(tài)偏置電流或
，即
（3.16）
圖3.6 MC1496構(gòu)成的調(diào)幅器
腳2和3間接入負反饋電阻，以擴展調(diào)制信號v
的線形動態(tài)范圍，
增大，線形范圍增大，但乘法器的增益隨之減小。
電阻及
提供靜態(tài)偏置電壓，保證乘法器內(nèi)部的各個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。對于圖3.5所示電路參數(shù)，靜態(tài)時（v
=v
=0）,測量其間各引腳的電壓如下：
引腳 8 10 1 4 6 12 2 3 5 7 14
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
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現(xiàn)抑制載波的振幅調(diào)制或有載波的振幅調(diào)制，操作過程如下：
（1）抑制載波振幅調(diào)制
v端輸入載波信號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V
=V
）。再逐漸增加V
，則輸出信號v
(t)的幅度逐漸增大。由于器件內(nèi)部參數(shù)不可能完全對稱，致使輸出波形出現(xiàn)載波漏信號。腳1和4分別接電阻
和R
，以抑制載波漏信號和改善溫度性能。如果v
的波形上，下不對稱，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稱性。
（2）有載波振幅調(diào)制
vx端輸入載波信號v(t),
=40mV. V
=0時，調(diào)節(jié)平衡電位器RP，使輸出信號vo（t）中有載波輸出，此時，
約十幾毫伏（此時V
V
）。再從vy端輸入調(diào)制信號v
，其
=1KHz,當V
由零逐漸增大時，則輸出信號v
(t)的幅度發(fā)生變化，當V
為幾百毫伏時，調(diào)幅系數(shù)
m= （3.17）
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。
為了更好的做到人機交互，我們設(shè)計了鍵盤與顯示模塊，以便使頻率方便可調(diào)和并準確，快速的在LCD上顯示。這就要求設(shè)計好鍵盤與顯示部分。
鍵盤我們采用44
開關(guān)量鍵盤，這樣可以按步進方式來提高或減低所選頻率。如圖4.5所示，上面8個是高4位步進增或減，其中S1，S2，S3，S4是頻率增
加，S5，S6，S7，S8是頻率減�。幌掳氩糠质堑�4位步進增或減，其中S9，S10，S11，S12是頻率增加，S13，S14，S15，S16是頻
率減小。
圖3.6 44開關(guān)量鍵盤
而液晶顯示模塊是將液晶顯示器件與控制、驅(qū)動電路和PCB線路板裝配在一起的組件。它可以直接與計算機聯(lián)接。這種模塊使用時，除應(yīng)注意一般液晶顯示器件使用時的注意事項外，還應(yīng)在裝配、使用時注意以下事項。
（1）處理保護膜 在裝好的模塊成品液晶顯示器件表面貼有—層保護膜，以防在裝配時沾污顯示表面，在整機裝配結(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約0.1mm左右的襯墊。面板還應(yīng)保持絕對平整，以保證在裝配后不產(chǎn)生扭曲力，并提高抗振性能。
（3）嚴防靜電模塊中的控制、驅(qū)動電路是低壓、微功耗的CMOS電路，極易被靜電擊穿，而人體有時會產(chǎn)生高達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，要嚴防靜電。為此： · 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，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行清潔處理。因為它會產(chǎn)生很強的靜電。 ·
空氣干燥，也會產(chǎn)生靜電，因此，工作間濕度應(yīng)在RH60%以上。 ·
地面、工作臺、椅子、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，否則也會產(chǎn)生靜電。 ·
取出或放回包裝袋或移動位置時，也需格外小心，不要產(chǎn)生靜電。不要隨意更換包裝或合棄原包裝。 · 靜電擊穿是一種不可修復的損壞，務(wù)必注意，不可大意。
（4）裝配操作時的注意事項 · 模塊是經(jīng)精心設(shè)計組裝而成的，請勿隨意自行加工、修整。 · 金屬框爪不得隨意扭動、拆卸。 ·
不要隨意修改加工PCB板外形、裝配孔、線路及部件。 · 不得修改導電膠條。 · 不要修改任何內(nèi)部支架。 · 不要碰、摔，折曲、扭動模塊。
（5）焊接在焊接模塊外引線、接口電路時，應(yīng)按如下規(guī)程進行操作。 · 烙鐵頭溫度小于280oC。 · 焊接時間小于3～4S。 · 焊接材料：共晶型、低熔點。 · 不要使用酸性助焊劑。 · 重復焊接不要超過3次，且每次重復需間隔5分鐘。
（6） 模塊的使用與保養(yǎng) ·
模塊使用接入電源及斷開電源時，必須在正電源(5±0.25V)穩(wěn)定接人后，才能輸入信號電平。如在電源穩(wěn)定接人前，或斷開后就輸人信號電平，將會損壞模
塊中的集成電路，使模塊損壞。 ·
點陣模塊是高路數(shù)液晶顯示器件，顯示時的對比度、視角與溫度、驅(qū)動電壓關(guān)系很大。所以應(yīng)調(diào)整Vee至最佳對比度、視角時為止。如果Vee調(diào)整過高，不僅會
影響顯示，還會縮短液晶示器件的壽命。 ·
在規(guī)定工作溫度范圍下限以下使用時，顯示響應(yīng)很慢，而在規(guī)定工作溫度范圍上限上使用時，整個顯示面又會變黑，這不是損壞，只需恢復規(guī)定溫度范圍，一切又將
恢夏正常。 · 用力按壓顯示部位，會產(chǎn)生異常顯示。這時切斷電源，重新接入，即可恢復正常。 ·
液晶顯示器件或模塊表面結(jié)霧時，不要通電工作，因為這將引起電極化學反應(yīng)，產(chǎn)生斷線。 · 長期用于陽光及強光下時，被遮部位會產(chǎn)生殘留影像。
（7）
模塊的存儲 若長期(如幾年以上)存儲，我們推薦以下方式： · 裝入聚乙稀口袋(最好有防靜電涂層)并將口封住。 · 在-10～+35℃之間存儲。
· 放暗處，避強光。 · 決不能在表面壓放任何物品。 ·
嚴格避免在極限溫／濕度條件下存放。特殊條件下必須存放時，也可在40℃、85％RH時，或60℃，小于60％RH條件下存放，但不宜超過168小時。運
輸： LCD及LCM在運輸途中不能劇烈震動或跌落，不能有外力壓迫，并且無水、無塵也無日光直射。
制作高頻電路ＰＣＢ板注意事項
4 軟件設(shè)計4.1 軟件實現(xiàn)思想單 片機完成對AD9851的控制和人機交互。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，單片機獲取控制信號后處理，區(qū)別不同的狀態(tài)，按照程序流程 圖，對系統(tǒng)進行控制，以達到題目要求。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，實現(xiàn)較好的調(diào)頻效果。
4.2 軟件流程圖及程序
DDS數(shù)據(jù)傳送和啟動時序如圖4.2所示：
時間規(guī)格表如表5.2.1所示：
圖4.2
時間規(guī)格表4.1：
根據(jù)上面的時序圖，完成AD9851啟動、送控制口使能和頻率控制字，相位控制字的子程序如下：
#include "reg51.h"
#define DDS_port P0 //定義DDS的引腳端口
sbit DDS_clk = P2^7;
sbit DDS_reset = P2^5;
sbit DDS_ud = P2^6;
void delay(unsigned int t) //通用延時程序
{
for(;t>0;t--);
}
/******************************DDS****************************/
unsigned long g_ulFreq = 100000;
void SetFreq(void) //DDS設(shè)置頻率
{
unsigned long freq = g_ulFreq * 30;
DDS_port = 0x01;
DDS_clk = 1;
DDS_clk = 0;
DDS_port = freq >> 24;
DDS_clk = 1;
DDS_clk = 0;
DDS_port = freq >> 16;
DDS_clk = 1;
DDS_clk = 0;
DDS_port = freq >> 8;
DDS_clk = 1;
DDS_clk = 0;
DDS_port = freq;
DDS_clk = 1;
DDS_clk = 0;
DDS_ud = 1;
DDS_ud = 0;
}
void ResetDDS(void) //復位DDS
{
DDS_reset = 1;
delay(10000);
DDS_clk = 0;
DDS_ud = 0;
DDS_reset = 0;
}
/******************************DDS****************************/
/**************************LCD程序**************************/
//#define dataport P2
sbit D0=P1^3;
sbit D1=P1^4;
sbit D2=P1^5;
sbit D3=P1^6;
sbit D4=P1^7;
sbit D5=P2^2;
sbit D6=P2^3;
sbit D7=P2^4;
sbit RS=P1^0;
sbit RW=P1^1;
sbit ET=P1^2;
void Wait() //延時程序
{
unsigned int j;
for(j=0;j<300;j++){;}
}
void WriCom(unsigned char comm) //LCD發(fā)一命令字
{
RS=0;
RW=0;
ET=0;
//dataport=comm;
P1 &= 0x07;
P1 |= ((comm<<3)&0xf8);
D5 = comm & 0x20;
D6 = comm & 0x40;
D7 = comm & 0x80;
ET=1;
Wait();
ET=0;
}
void WriData(unsigned char wdata) //LCD發(fā)一字節(jié)數(shù)據(jù)
{
RS=1;
RW=0;
ET=0;
//dataport=comm;
P1 &= 0x07;
P1 |= ((wdata<<3)&0xf8);
D5 = wdata & 0x20;
D6 = wdata & 0x40;
D7 = wdata & 0x80;
ET=1;
Wait();
ET=0;
}
void InitLcd(void) //LCD初始化
{
Wait();
WriCom(0x38);
Wait();
WriCom(0x38);
Wait();
WriCom(0x38);
Wait();
WriCom(0x38);
Wait();
WriCom(0x08);
WriCom(0x01);
WriCom(0x06);
WriCom(0x0C);
}
void SetCursor(unsigned char row) //設(shè)置光標即插入點
{ if(row>15)
row+=(0x40-16);
WriCom(row | 0x80);
}/*
void ClrLCD()
{
WriCom(0x01);
}
void CursorGlint(unsigned char NoOff)
{
unsigned char com;
com=NoOff<<2;
com|=13;
WriCom(com);
}
*/
void WriStr(char *str) //LCD顯示一字符串
{
while(*str != 0)
{
WriData(*str);
str++;
}
}
/**********************end LCD程序**************************/
void Brush(void) //刷新LCD
{
SetCursor(16);
WriData(g_ulFreq/10000000 + '0');
WriData(g_ulFreq%10000000/1000000 + '0');
WriData(g_ulFreq%1000000/100000 + '0');
WriData(g_ulFreq%100000/10000 + '0');
WriData(g_ulFreq%10000/1000 + '0');
WriData(g_ulFreq%1000/100 + '0');
WriData(g_ulFreq%100/10 + '0');
WriData(g_ulFreq%10 + '0');
WriData(' ');
WriData('H');
WriData('z');
}
/***********************************************************/
#define d_keyPort P3 //定義按鍵的引腳端口
sbit keyP30 = P3^0;
sbit keyP31 = P3^1;
sbit keyP32 = P3^2;
sbit keyP33 = P3^3;
unsigned char GetKey(void) //掃描鍵盤，取按鍵碼
{
d_keyPort = 0x0f;
if(d_keyPort != 0x0f) //下鍵按下嗎？
{
delay(5000); //等一會
if(d_keyPort != 0x0f) //確認有鍵按下
{
d_keyPort = ~0x10;
if(!keyP30)
return 0x11;
if(!keyP31)
return 0x12;
if(!keyP32)
return 0x13;
if(!keyP33)
return 0x14;
d_keyPort = ~0x20;
if(!keyP30)
return 0x21;
if(!keyP31)
return 0x22;
if(!keyP32)
return 0x23;
if(!keyP33)
return 0x24;
d_keyPort = ~0x40;
if(!keyP30)
return 0x31;
if(!keyP31)
return 0x32;
if(!keyP32)
return 0x33;
if(!keyP33)
return 0x34;
d_keyPort = ~0x80;
if(!keyP30)
return 0x41;
if(!keyP31)
return 0x42;
if(!keyP32)
return 0x43;
if(!keyP33)
return 0x44;
}
}
return 0;
}
void main(void) //主函數(shù)
{
unsigned char key;
InitLcd();
WriStr("init system ...");
delay(60000);
InitLcd();
WriStr("init ok");
delay(60000);
InitLcd();
WriStr("DDS");
ResetDDS(); //復位DDS
SetFreq(); //DDS初始頻率設(shè)定
Brush();
while(1)
{
key = GetKey(); //掃描鍵盤
if(key == 0x34)
g_ulFreq ++;
else if(key == 0x44)
g_ulFreq --;
else if(key == 0x33)
g_ulFreq +=10;
else if(key == 0x43)
g_ulFreq -=10;
else if(key == 0x32)
g_ulFreq +=100;
else if(key == 0x42)
g_ulFreq -=100;
else if(key == 0x31)
g_ulFreq +=1000;
else if(key == 0x41)
g_ulFreq -=1000;
else if(key == 0x14)
g_ulFreq +=10000;
else if(key == 0x24)
g_ulFreq -=10000;
else if(key == 0x13)
g_ulFreq +=100000;
else if(key == 0x23)
g_ulFreq -=100000;
else if(key == 0x12)
g_ulFreq +=1000000;
else if(key == 0x22)
g_ulFreq -=1000000;
else if(key == 0x11)
g_ulFreq +=10000000;
else if(key == 0x21)
g_ulFreq -=10000000;
if(key) //如果不鍵按下，則重新設(shè)置頻率
{
SetFreq(); //重設(shè)頻率
Brush(); //重刷LCD
}
delay(10000); //延時
}
}
5 系統(tǒng)調(diào)試根據(jù)方案設(shè)計要求，調(diào)試過程公分三大部分，硬件調(diào)試，軟件調(diào)試，軟件和硬件聯(lián)調(diào)。電路按模塊逐個調(diào)試，各模塊調(diào)試通過后在聯(lián)調(diào)。程序先在最小系統(tǒng)板調(diào)試，通過后在軟硬聯(lián)調(diào)。
5.1 硬件電路調(diào)試5.1.1 調(diào)試與測試所用儀器1.微機一臺以及Protel軟件；
2.信號源；
3.示波器；
4.萬用表；
5.直流穩(wěn)壓電源；
6.失真度儀；
5.1.2 調(diào)試過程高 頻電路抗干擾設(shè)計 AD9851的時鐘頻率很高，對周圍的電路有一定的影響，我們采取了各種抗干擾措施。例如引線盡量短，減少交叉，盡量減少跳線，在電源輸入端都加上去藕電 容，數(shù)字地與模擬地分開，信號源與地盡量隔遠，實踐證明，這些措施對消除某些引腳上的毛刺及干擾噪聲起到了很好的作用。將系統(tǒng)的各模塊分開測試，調(diào)通后再 進行整機調(diào)試，提高調(diào)試效率。
5.1.3 調(diào)試經(jīng)驗總結(jié)1、系統(tǒng)屬于高頻電路，對干擾比較敏感，所以調(diào)試時應(yīng)該遠離高頻干擾源。
2、在安裝元件的時候，要特別注意器件的安裝。例如三極管的引腳對應(yīng)，電解電容的極性等，如果安裝的時候不注意，在調(diào)試時就容易出現(xiàn)問題。
3、系統(tǒng)設(shè)計的是多模塊的，一塊板到另一塊板的引線，電源的正負極性等要特別注意。解決問題的最好辦法是用墨筆在板上做適當標注，這樣不至于引起混淆。
4、由于系統(tǒng)應(yīng)用了高頻電路，設(shè)計電路時應(yīng)該在電源旁邊放置適當值的電容，以減少電源對系統(tǒng)的干擾，數(shù)據(jù)輸入輸出的波形也會比較“干凈”�？傊�，要設(shè)計出一個性能良好的系統(tǒng)需要注意許多問題，在硬件設(shè)計的時候為減少外干擾應(yīng)加入濾波。
5.2 軟件調(diào)試
本系統(tǒng)的軟件系統(tǒng)采用C編寫，調(diào)試也是分模塊進行，各個模塊調(diào)試通過函數(shù)里調(diào)
這樣寫結(jié)構(gòu)明了，出錯時容易查錯。
5.3 總調(diào)試按程序定義的各個口分別把線接好，然后把程序?qū)戇M單片機控制各個模塊。依據(jù)設(shè)計要求，分別對輸出波形、輸出電壓峰峰值、輸出頻率和功率放大器輸出測試。
測試輸出電壓的峰峰值時，對放大電路和AGC電路參數(shù)的適當調(diào)整，使輸出頻率在0～10MHz之間變化時能夠滿足Vpp＝6V±1V。
測試數(shù)據(jù)如下：
1. 基本要求測試
① 正弦波頻率范圍測試 幅頻特性曲線
接50負載，對輸出電壓測試，測試數(shù)據(jù)如表5.1：
表5.1
| 設(shè)置頻率(Hz) | 實測頻率(Hz) | Vpp(V) |
| 100 | 100.3 | 6.48 |
| 1k | 999.98 | 6.12 |
| 10k | 100001 | 6.12 |
| 100k | 100K | 6.2 |
| 1M | 1.0002M | 6.68 |
| 10M | 10.0003M | 5.3 |
| 13M | 13.0005M | 5.2 |
② 頻率穩(wěn)定度測試
負載為50，采用頻率計對輸出正弦波進行測試，測試數(shù)據(jù)如表5.2：
表5.2
| 設(shè)置頻率(Hz) | 第一次計數(shù)數(shù)值 | 第二次計數(shù)數(shù)值 | 第三次計數(shù)數(shù)值 |
| 10 | 10 | 10.2 | 10.1 |
| 100 | 100.1 | 100.1 | 100.0 |
| 1k | 1.0001k | 999.98 | 999.98 |
| 10k | 10.0000k | 10.0001k | 10.0001k |
| 100k | 100．0000k | 100.0000k | 100.0001k |
| 1M | 1.0001M | 1.0001M | 1.0001M |
| 5M | 5.00005M | 5.00004M | 5.00004M |
| 10M | 10.00002M | 10.00002M | 10.00001M |
正弦波輸出頻率：0～12MHz；
輸出信號頻率穩(wěn)定度：優(yōu)于10-6；
自行產(chǎn)生1kHz正弦調(diào)制信號；產(chǎn)生FM信號在100kHz～10MHz內(nèi)最大頻偏可5kHz/10kHz/20kHz程控；
存在誤差為人為誤差、硬件誤差、測量儀器誤差、雜散引入誤差。
減小誤差可從改變電路，提高儀器精度，減弱外界干擾和多次測量取平均值等方面改善。
使用說明
通 過本次畢業(yè)設(shè)計，我學到了許多有用的知識。例如通信領(lǐng)域的調(diào)頻，調(diào)幅等多種調(diào)制方法；基本的鍵盤與顯示模塊設(shè)計；學會使用了一種高集成芯片AD9851， 尤其掌握了其原理還有工作特性，它不僅可以產(chǎn)生正弦信號，還可以其通過添加輔助電路使其輸出方波信號，三角波信號等常用信號源波形。
謝 辭
首先我要感謝知道老師龍老師對我的悉心知道和不倦的幫助與關(guān)懷，在設(shè)計的整個階段都是在龍老師的指導下進行的。從選題到資料查詢，提供調(diào)幅器資料，原理講解，再到方案確定和后來調(diào)試，都滲透著龍老師的辛苦和熱心幫助。在此，我再次衷心的感謝龍老師對我的幫助。
我還要感謝系里領(lǐng)導還有實驗室的其他指導老師和我身邊的同學。通過系里領(lǐng)導的多次畢設(shè)報告會，我知道畢業(yè)設(shè)計的基本流程，注意事項，具體要求，使我做到了 有章可循。而在制作和調(diào)試過程中，由于在實驗室的時間比較多，遇到了困難都是尋求實驗知道老師的幫助才能順利度過調(diào)試難關(guān)。我的許多同學也給我提供了很多 幫助，在我確定方案的時候有幾個懂得DDS的科協(xié)成員給我提了很多不錯的建議，對我的最終方案確定起了關(guān)鍵作用。我衷心的感謝他們。
最后我要感謝學校給我提供了這么好的學習環(huán)境，在以后的道路里，我會時刻牢記自己是一名桂電畢業(yè)生，并以此為榮。
參考文獻
[1] 馬忠梅等.單片機的C語言應(yīng)用程序設(shè)計[M].北京航空航天大學出版社，1998.
[2] 李東生.Protel 99SE 電路設(shè)計技術(shù)入門與應(yīng)用[M]. 北京：電子工業(yè)出版社，2002
[3] 雷曉平.單片計算機及其運用[M].電子科技大學出版社,1997
[4] 揚振江，蔡德芳..新型集成電路使用指南與典型應(yīng)用[M]..西安：西安電子科技大學出版社
[5] Control Systems Theory with Engineering Applications Boston.Basel.berlin，2001
[6] 江思敏.. Protel電路設(shè)計教程[M]..北京：清華出版社，2002.
[7] 吳金戊，沈慶陽，郭庭吉.. 8051單片機實踐與應(yīng)用[M]..北京：清華大學出版社，2002
[8] 張肅文.低頻電子線路[M].北京：高等教育出版社，2003
[9] 謝自美.電子線路設(shè)計試驗測試[M].武昌：華中科技大學出版社，1992
[10] 朱耀國.模擬電子線路實驗[M].北京：高等教育出版社，1996
[11] 王遠.模擬電子技術(shù)[M].機械工業(yè)出版社,1991
附 錄
附錄一 系統(tǒng)整體電路圖：
附錄二 正弦信號產(chǎn)生部分PCB圖：
附錄三 調(diào)幅部分PCB圖
