正弦信号发生器(2012)(DOC)
正弦信号发生器
范例分析
• 范例1： • 见“正弦信号发生器设计方案(FPGA).doc”
• 范例2： • 见“正弦信号发生器设计方案(凌阳).doc”
如何尽量减少错误？
• 基于软核Nios的宽谱正弦信号发生器设计 • eepw/article/12319.htm • 正弦信号发生器设计方案 • dzsc/data/html/2019-4-22/82794.html
是调制的反过程，解调也称为检波。
• 频率调制(FM)信号： • 将载波fc利用信号波(fs)加以变形。
• 幅度调制(AM)信号： •
二进制ASK信号： 二进制FSK信号： 二进制PSK信号：
正弦信号发生器方案
电子科技大学系统框图
AD9954---DDS电路
武汉大学 系统框图
AD603
集成电路查询网 datasheet5/ 电子网21ic 单片机网站
谢谢
调制与解调的基本概念
调 制
解调
示意图
使一个信号的幅度受另一个信号
幅度调制 幅度的控制,前者称为载波,一般是一 个等幅正弦波，后者称为调制信号。 幅度调制也称调幅，用AM表示。
频率调制
使一个信号的频率受另一个信号幅度的 控制；频率调制也称调频，用FM表示。
相位调制 使一个信号的相位受另一个信号幅度的 控制。相位调制也称调相，用PM表示。
4路12位D／ A转换芯片
12位DA转换芯片
** 由AD603组成的AGC(自动增益控制)见PDF
文件！
**幅度控制模块有 AD844+AD603+AD844+AD603组成，控制电压 有12位D/A MAX536提供
正弦信号发生器
正弦信号发生器信号发生器是一种不需要外加输入信号，依据自激振荡的原理，产生具有肯定幅度的周期性输出信号的装置。
它广泛应用于测量、自动掌握、通信、广播电视以及金属的熔炼、淬火、焊接等工程技术领域中。
1．自激振荡的产生条件正弦信号发生器是通过放大器引入合适的正反馈而构成的。
产生自激振荡必需满意两个条件：（1）振幅条件反馈电压的幅度要与原输入电压的幅度相等，就是说要有足够的反馈量，表达式为（2）相位条件反馈电压与原输入电压必需同相位，就是说必需满意正反馈的要求。
总之，相位条件保证了起振，振幅条件维持了等幅振荡。
2．RC桥式正弦信号发生器RC桥式正弦信号发生器又称文式电桥（Wienbridge）振荡器，其原理电路如图所示。
这个电路由两部分组成，即放大器和选频网络。
前者为由集成运放和电阻Rf 、Rl 所组成的电压串联负反馈放大器，取其输入电阻高和输出电阻低的特点。
后者由Z1 和Z2 组成，同时构成正反馈连接。
由图可见，Z1、Z2和Rl、Rf 正好形成一个四臂电桥，电桥的对角线顶点接到放大器的两个输入端，桥式振荡器由此而得名。
关于推导运算放大器的各种运算关系的总结：分析运算关系的前提，是运算放大器应工作于线性工作区（从电路结构上应有负反馈存在）。
当认清运放工作于线性工作区之后，通常采纳如下三种方式：（1）对于由多个运算放大器组成的运算放大电路，要擅长化整为零，分割成若干个基本单元运算电路（反相比例、同相比例，求和、差动、积分、微分等）。
再利用这些基本单元运算电路的基本关系式，进行推导运算关系。
（2）对于往往是由一个运算放大器构成的运算电路，但又不和基本单元运算电路的电路结构一样。
只能仿照书中基本单元运算电路的推导过程，利用虚断、虚短、虚地来推导。
（即使用ii=if 或u+=u-把输入量ui 与输出量uo 联系起来，形成一个关系式）。
【例】在右图所示的电路中，试写出通过负载电阻RL 的电流iL 与输入信号ui 之间的关系式。
正弦波信号发生器实验报告
正弦波信号发生器实验报告
实验名称：正弦波信号发生器实验
实验目的：了解正弦波的基本属性，掌握正弦波信号的发生方法，对正弦波信号进行基本的测量和分析。
实验器材：函数发生器、示波器、万用表。
实验原理：正弦波（Sine Wave）是最常见的一种周期波形，其特点是正弦曲线的波形，具有完全的周期性和对称性。
在电路和信号处理系统中，正弦波信号非常常见，在很多实际应用中具有重要的作用。
函数发生器是一种能够产生各种各样波形的仪器，包括正弦波、方波、三角波等等。
而在产生正弦波信号的过程中，函数发生器利用一个内部的振荡器电路来产生振荡信号，再将其经过信号调制映射到正弦波的形式。
实验步骤：
1.将函数发生器的输出端口连接到示波器的输入端口，并将函数发生器的频率设定在1kHz左右。
2.打开示波器，选择一个适合的纵向和横向刻度，并将其垂直和水平方向校准至
合适位置，以显示正弦波的波形。
3.选择函数发生器的正弦波输出模式，调整幅度与频率，以获得所需的正弦波信号，可使用万用表对其进行精确测量。
实验结果：经过实验，我们成功产生了一路1kHz左右的正弦波信号，并使用示波器和万用表进行了基本的测量和分析，包括正弦波的频率、幅度、相位等基本特性。
实验结论：通过本次实验，我们深入了解了正弦波的特性及用途，掌握了正弦波信号发生器的基本使用方法，熟悉了正弦波信号的测量和分析方法，并在实践中获得了相应的实验数据。
这些知识和经验对我们今后的学习和工作将有非常重要的作用。
正弦信号发生器示列资料
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。
正弦信号发生器
应用领域
通信领域
用于调制解调、无线通信等，提供稳定的载波信 号。
音频领域
用于音频设备测试、音响系统调校等，提供纯净 的正弦波信号。
科学实验
用于各种物理、化学、生物实验中，模拟各种波 形信号。
重要性
稳定性高
正弦信号发生器产生的信号稳定度高，频率、幅度等参数可精确 控制。
应用广泛
正弦信号发生器在各个领域都有广泛应用，为科学研究和技术开发 提供重要支持。
问题3
无法正常开机：解决方案 - 检查电源 连接和设备故障，如有需要请联系专 业维修人员。
问题4
输出不稳定：解决方案 - 重新启动设 备，检查连接线是否牢固，如问题持 续存在，可能需要校准设备。
05
正弦信号发生器的未来发展
技术发展趋势
数字化
正弦信号发生器将进一步向数字 化发展，实现更精确的信号控制
正弦信号发生器
• 正弦信号发生器概述 • 正弦信号发生器的种类 • 正弦信号发生器的性能指标 • 正弦信号发生器的使用方法 • 正弦信号发生器的未来发展
01
正弦信号发生器概述
定义与工作原理
定义
正弦信号发生器是一种能够产生 正弦波信号的电子设备。
工作原理
正弦信号发生器通过振荡电路产 生正弦波，并通过调节频率、幅 度等参数，输出所需信号。
数字信号发生器
数字信号发生器采用数字技术来产生正弦波，具 有较高的频率范围和精度。
数字信号发生器通常具有更好的稳定性和可靠性， 能够产生更高质量的信号。
数字信号发生器广泛应用于通信、雷达、电子战 和测试等领域。
合成信号发生器
1
合成信号发生器采用数字合成技术来产生正弦波， 具有非常高的频率范围和精度。
正弦波信号发生器电压跟随器设计
正弦波信号发生器电压跟随器设计
设计一个正弦波信号发生器电压跟随器需要
确定电路拓扑：选择合适的电路拓扑，常用的拓扑包括运放反相放大器、非反相放大器或振荡器电路。
选择运放：选择一个合适的运放作为信号发生器电压跟随器的核心元件。
常用的运放包括通用运放放大器（Op-Amp）或运算放大器（OA）。
设计反馈电路：为了实现电压跟随功能，需要设计适当的反馈电路。
可以选择负反馈电路，如反相放大器或非反相放大器，以便输出电压与输入信号保持一致。
确定放大倍数：根据需求确定所需的电压放大倍数。
这取决于所需的输出电压幅度和输入信号的幅度。
选择合适的元件：根据设计要求选择合适的电阻、电容和其他元件。
确保它们的额定值能够满足电路的要求。
进行仿真和调试：使用电路仿真软件，如LTSpice或Multisim，对设计进行仿真。
检查输出波形是否为正弦波，并调整电路参数以满足要求。
PCB布局和制造：根据设计结果进行PCB布局，并制造电路板。
确保布局合理，减少信号干扰和噪声。
调试和测试：将制造好的电路连接到电源，并通过示波器检查输出波形是否符合要求。
根据需要进行调试，如调整电路参数或更换元件。
优化和改进：根据测试结果，对电路进行优化和改进。
正弦信号发生器实验报告
正弦信号发生器实验报告引言本实验旨在设计并构建一个正弦信号发生器，用于产生具有特定频率和振幅的正弦波信号。
正弦信号在电子工程中具有广泛的应用，如通信系统、音频设备和信号处理等。
本实验将介绍设计思路、所需材料和步骤，以及实验结果和讨论。
设计思路为了设计一个正弦信号发生器，我们需要以下主要组件：1.振荡电路：产生正弦波信号的核心部分。
2.振幅调节电路：用于控制输出信号的振幅。
3.频率调节电路：用于控制输出信号的频率。
我们将使用基本的集成电路和电子元件来实现这些功能。
接下来，我们将逐步说明每个组件的设计和实现。
所需材料在开始实验之前，我们需要准备以下材料和工具：1.集成电路：例如操作放大器（Op-amp）。
2.电容器和电阻器：用于构建振荡电路和调节电路。
3.面包板：用于连接电子元件。
4.电源：为电路提供所需的电能。
5.示波器：用于测量信号的振幅和频率。
实验步骤1.第一步：振荡电路设计和构建–选择一个合适的振荡电路拓扑，如RC振荡电路。
–计算并选择所需的电容器和电阻器数值。
–使用面包板将电容器、电阻器和集成电路连接起来。
2.第二步：振幅调节电路设计和构建–选择一个合适的振幅调节电路拓扑，如非反相放大器。
–根据需要的振幅范围计算并选择所需的电阻器数值。
–使用面包板将电阻器和集成电路连接起来。
3.第三步：频率调节电路设计和构建–选择一个合适的频率调节电路拓扑，如电阻-电容调谐电路。
–根据需要的频率范围计算并选择所需的电容器和电阻器数值。
–使用面包板将电容器、电阻器和集成电路连接起来。
4.第四步：电源和示波器连接–将电源连接到电路以提供所需的电能。
–将示波器连接到电路以测量输出信号的振幅和频率。
5.第五步：实验验证和调试–打开电源，并使用示波器观察输出信号。
–调节振幅和频率调节电路，验证是否可以在所需范围内调节信号的振幅和频率。
实验结果和讨论经过实验验证和调试，我们成功设计和构建了一个正弦信号发生器。
该信号发生器能够在所需的频率范围内产生具有可调节振幅的正弦波信号。
正弦信号发生器原理
正弦信号发生器原理
正弦信号发生器主要由振荡电路、放大电路和输出电路三部分组成。
振荡电路是实现正弦信号的关键部分，通过在电路中引入反馈机制，产生自激振荡。
其中，通常采用的是RC振荡电路或LC振荡电路。
在RC振荡电路中，通过调节电容和电阻的数值，可以调整正弦信号的频率。
而在LC振荡电路中，则通过调节电感和电容的数值来控制频率。
振荡电路输出的信号较小，需要经过放大电路进行放大。
放大电路通常采用集成运算放大器（OP-AMP）作为基础组件，通过调整电阻、电容的数值和配置方式，可以进一步增大振荡电路输出的信号幅度。
最后，正弦信号经过输出电路进行整形，使其具有合适的输出特性。
输出电路中通常包括滤波电路，用来去除掉信号中的高频杂散成分，以及输出阻抗匹配电路，使其能够与外部设备连接。
总结起来，正弦信号发生器通过振荡电路产生基准信号，经过放大电路增大信号幅度，最后经过输出电路整形并输出。
通过调节振荡电路的参数，可以得到不同频率的正弦信号。
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正弦信号发生器摘要：本系统以MSP430和DDS为控制核心，由正弦信号发生模块、功率放大模块、频率调制（FM）、幅度调制（AM）模块、数字键控（ASK，PSK）模块以及测试信号发生模块组成。
采用数控的方法控制DDS芯片AD9851产生1kHz～10MHz正弦信号；经滤波、放大和功放模块达到正弦信号输出电压幅度 =6V±1V 并具有一定的驱动能力的功能；产生载波信号可设定的AM、FM信号；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 信号且二进制基带序列码速率固定为10kbps，二进制基带序列信号可自行产生。
关键词：DDS；宽频放大；模拟调频；模拟调幅。
一、方案比较与论证1.方案论证与选择（1）正弦信号产生部分方案一：使用集成函数发生器芯片ICL8038。
ICL8038能输出方波、三角波、正弦波和锯齿波四种不同的波形，将他作为正弦信号发生器。
它是电压控制频率的集成芯片，失真度很低。
可输入不同的外部电压来实现不同的频率输出。
为了达到数控的目的，可用高精度DAC来输出电压以控制正弦波的频率。
方案二：锁相环频率合成器（PLL）锁相环频率合成器（PLL）是常用的频率合成方法。
锁相环由参考信号源、鉴相器、低通滤波器、压控振荡器几个部分组成。
通过鉴相器获得输出的信号FO与输入信号Fi的相位差，经低通滤波器转换为相应的控制电压，控制VCO输出的信号频率，只有当输出信号与输入信号的频率于相位完全相等时，锁相环才达到稳定。
如果在环路中加上分频系数可程控的分频器，即可获得频率程控的信号。
由于输出信号的频率稳定度取决于参考振荡器信号fi ，参考信号fi 由晶振分频得到，晶振的稳定度相当高，因而该方案能获得频率稳定的信号。
一般来说PLL的频率输出范围相当大，足以实现1kHz－10MHZ的正弦输出。
如果fi＝100Hz 只要分频系数足够精细（能够以1步进），频率100Hz步进就可以实现。
方案三：直接数字频率合成（DDS）DDS是一种纯数字化方法。
它现将所需正弦波一个周期的离散样点的幅值数字量存入ROM中，然后按一定的地址间隔（相位增量）读出，并经DA转换器形成模拟正弦信号，再经低通滤波器得到质量较好的正弦信号，DDS原理图如图1所示：图1 DDS原理图方案一不能实现稳定频率信号的输出并且难于数字控制。
电容、电阻参数随温度等其他因素的影响，频率稳定度以及电路的稳定度都较低，实现也较复杂，不予采纳。
PLL方案和DDS方案都能实现1kHz～10MHz的稳定的信号输出，且能达到100Hz频率步进，但是PLL的动态特性却很差，在频率改变时，环路从不稳定到稳定的过程有时间延迟。
相比较而言，DDS的频率输出范围一般低于PLL，且杂散也大于PLL方案，但DDS信号源具有输出频率稳定度高、精度更高、分辨率更高且易于程控等优点，且频率改变不存在失调过程，尽管有杂散干扰，只需在输出级加滤波器仍可以得到质量很好的正弦波形。
综上所述，选择方案三。
（2）放大输出电压方案一：采用高频三极管做功率放大。
选择恰当的电阻和电容来实现符合题目要求的放大倍数。
但是使用三极管放大时，信号放大的稳定性不高，很难满足题目的要求。
故不采用。
方案二：采用宽频运算放大器做前级电压放大，AD8011可以达到120M的带宽，而且频率稳定性好。
故本设计中采用了方案二。
（3）产生二进制信号的ASK、PSK方案一：ASK的实现：数字基带序列和载波输入相乘实现（PSK也可通过此方法实现）。
方案二：模拟开关实现。
ASK、PSK是数字调制技术，可采用的模拟开关来实现。
将模拟地线和载波分别接到模拟开关的两个输入端，用数字基带序列控制模拟开关的切换，即可以得到ASK信号。
同样的道理，将载波及其倒π相信号分别通入模拟开关的两个输入端，用数字基带序列控制模拟开关的切换，可以得到PSK信号。
考虑到载波频率为100kHz，需要较高速的模拟开关。
方案三：通过单片机控制，输入DDS中实现，该方法没有外围设备，实现方式较为稳定综上所述，选择方案三。
（4）FM调频电路方案一：使用变容二极管直接调频。
变容二极管是根据PN结的结电容随反向电压改变而变化的原理设计的一种二极管。
加反向偏压时，变容二极管呈现一个较大的结电容。
变容二极管要并接在产生中心频率振荡的选频网络的两端，并加上调制信号，使中心频率随调制信号的幅值的改变而改变，从而达到调频作用。
但是本方案会使电路产生的频偏不稳定，容易产生中心频率偏移。
方案二：采用锁相环进行调制，采用锁相环路调频，能够达到中心频率高度稳定的调频信号。
由于锁相环能跟踪并锁定中心频率。
从而使中心频率有足够高的稳定度。
而调制信号就加在VCO（压控振荡器）的输入端，从而使中心频率随调制信号的幅值的改变而改变。
本方案比较直观，而且中心频率和频偏都比较准确，但是电路复杂，故不采用。
方案三：MSP430单片机可先将调制信号离散化，当采集完一个周期（1ms）的数据后，计算出每相邻两个抽样点的偏移量，这样就可以根据偏移量控制改变DDS的输出频率，从而达到调频效果，而且硬件设计简单。
综上所述，本设计选择方案三。
（5）AM调幅电路方案一：采用单二极管开关状态调幅电路,使二极管近似处于一种理想的开关状态下,在两个不同频率电压作用下进行频率交换。
方案二：采用二极管平衡调幅电路,它是利用二极管的开关状态和平衡抵消的措施,经调幅后通过带通滤波器就可以得到调幅信号。
前面两种方案电路实现比较复杂,而且由于采用分立元件，稳定性比较差，调试困难。
方案三：采用模拟乘法器调幅电路，它是一种完成两个模拟信号相乘作用的电路，起到频率搬移的作用，若采用专门的模拟乘法器芯片，电路实现简单，稳定性比较好，功能实现容易，符合题目要求。
基于此，本系统采用方案三，选用集成乘法器AD835实现AM的模拟调幅。
2.系统方案描述本系统以MSP430单片机为核心，由DDS产生各功能所需的正弦波信号，系统的总体框图如图2所示。
图2 系统的总体框图二、硬件电路设计1.放大器经以AD811为核心组成的放大器，将DDS 输出的信号放大，实现了正弦信号输出电压峰峰值为6V 左右，其原理图如图3所示。
ou 10K图3 放大器原理图2．D/A 转换器以TLC7528为核心，经OP37构成的比较器，再由一级射极跟随器提高带负载能力，将来自MSP430输入的64点频率点转换成模拟的1KHz 正弦波，其原理图如图4所示o图4 D/A 转换器原理图3．乘法器本设计采用AD835构成，一端输入有DDS 产生的1MHz 正弦波，另一端输入由D/A转换器产生的1KHz正弦调制信号，由W端输出AM调制信号。
其原理图如图5所示。
图5 乘法器原理图4.减法器由于DDS输出的信号中含有直流分量，造成AM调制波只有正半波，故在DDS 输出加至乘法器之前，先由减法器将直流分量相抵消，达到滤除直流信号的目的。
其原理图如图４所示。
uo图6 减法器原理图三、软件电路设计系统软件部分主要包括了各种信号的设置和控制。
正弦波产生过程为：频率设置，数据处理，然后控制DDS芯片完成各种频率的正弦波产生；调幅波产生过程为：通过调制系数的设置，控制D/A转换器输出，可得到不同幅值的调制波，与载波相乘来实现调幅波的产生；PSK、ASK产生：通过MCU对字节操作输出的控制来完成PSK、ASK的产生。
调频信号产生过程：通过A/D转换器采集调制信号，然后根据调制信号的幅度计算出频偏，把频偏数据下载到DDS即可实现调频信号的产生。
如图2.17。
四、数据测试与分析1.测试仪器Tektionix TDS1001双通道数字示波器 40M；YB4328模拟示波器 20MYB1602P 功率函数信号发生器 2MHz自制电源（产生±15V、±12V、±5V直流电压）四位半数字万用表；2、指标测试(1) 正弦波指标测试把正弦波输出端接入数字频率计，以1K，10K，100K，1M，5M，10M作为测试点，得到如表1数据。
表1正弦波指标测试数据由上表可见，正弦波输出频率在1KHz～10MHz带宽内输出电压能保持在4V-7V之间，频率稳定性也能在10-4之下，频率最小步进可达到1Hz，但输出频率高于5MHz时就会出现少许失真，原因可能是电路设计不足，跳线太多，造成高频干扰。
(2) 2ASK和2PSK指标测试将DDS输出端接到数字示波器，按下2号按键从示波器可以清晰看见二进制ASK波形，其波形图如图8所示；按下3号按键从示波器可以清晰看见二进制PSK 波形，其波形图如图9所示。
由图可知，实现了2ASK和2PSK信号的产生。
图8 2ASK波形图图9 2PSK波形图(3) FM调制波指标测试利用模拟示波器测试FM性能，测试结果如表2。
其频偏为5KHz的波形图如图10所示；频偏为10KHzd的波形图如图11所示。
图10 频偏为5KHz的波形图图11 频偏为10KHz的波形图表 2 FM调制波指标测试数据实现了5/10KHz调频信号的发生。
(4) AM调制波指标测试把AM输出信号接入示波器，目测其调制系数，测试数据如表3。
且其调制系数为100%的幅度调制波形图如图12所示；其调制系数为50%的波形图如图13所示。
表3 AM调制波指标测试数据图12 调制系数为100%的AM波图13 调制系数为50%的AM波AM调制系数实现了10％的步进，1MHz正弦波作载波时，输出调幅波很稳定且清晰，但随载波频率的增加就会出现重影现象。
五、结论本设计通过以MSP430和DDS为控制核心，由正弦信号发生模块、功率放大模块、频率调制（FM）、幅度调制（AM）模块、数字键控（ASK，PSK）模块以及测试信号发生模块实现了题目中要求的相关事宜。
经滤波、放大和功放模块达到了正弦信号输出电压幅度 =6V±1V并具有一定的驱动能力的效果；并且产生了载波信号可设定的AM、FM信号；采用数控的方法控制DDS芯片AD9851产生了1kHz～10MHz正弦信号；ASK，PSK信号且二进制基带序列码速率固定为10kbps 通过CPLD产生，且在100KHz固定载波频率下可进行数字键控，所产生的二进制基带序列信号可自行产生。
同时，由于本系统采用DDS集成芯片，内部32位计数器，且系统时钟达到了120MHz，测试表明频率输出能从10Hz～20MHz稳定的输出，频率步进值能从1Hz、10Hz、100Hz、1kHz、10kHz、100kHz、1MHz，并且频率稳定度远优于10-4，保持了较好的波形。
很好的达到并超出了题目输出频率范围：1kHz～10MHz，频率步进：100Hz以及稳定度，幅度等方面的要求。