正弦波信号发生器的设计与实现
基于AD9850构成的DDS正弦波信号发生器设计与实现

基于AD9850构成的DDS正弦波信号发生器设计与实现作者:黄汉平邱波来源:《电子世界》2013年第04期【摘要】本论文设计开发了基于AD9850构成的DDS正弦波信号发生器的硬件系统,其频率范围为0~30MHz,根据软件设计的总体构想并结合硬件电路,给出了总体以及子模块的流程图,并用C语言编制相应程序。
系统调试和测试结果表明,所设计的系统能够产成正弦波形,信号的频率、相位、幅度的调节精度和抗干扰性等技术性能指标基本达到设计目标。
【关键词】DDS;AD9850;正弦波信号发生1.引言随着数字大规模集成电路技术的发展,采用数字电路的直接数字频率合成技术(DDS)具有频率转换速度快、频率分辨率高、相位可控、频率稳定度高等优点。
频率转换速度快、频率分辨率高的信号源在现代电子通讯、航空航天、自动控制等领域中是必不可少的,因此DDS信号源在上述领域获得广泛的应用。
AD9850是ADI公司生产的低功耗直接数字频率合成技术典型产品之一,AD9850具有频率转换速度快、频率分辨率高、相位噪声低、频率稳定度高等优点。
本论文设计的是以直接频率合成(DDS)器件AD9850和MCS-51单片机为核心,配合必要的外围接口器件,在单片机软件控制下,能够产生给定频率和起始相位的附加调制信息的正弦波信号发生器。
2.AD9850的基本工作原理2.1 AD9850的主要性能指标①最大支持时钟频率为125MHz②频率分辨率达到0.029Hz③支持两种供电电压:+3.3V or +5V④低功耗:380mW @ 125MHz(+5V) 155mW @ 110MHz(+3.3V)⑤频率转换时间:10个时钟周期。
比如当fs=125MHz时,频率转换时间为:10×1/(125×106)≈0.1μs。
⑥输出的无杂散动态范围SFDR大于50dB @ 40MHz⑦具有相位可控⑧支持并口和串口输入控制接口⑨频率控制字采用32位二进制码2.2 AD9850引脚说明AD9850采用了先进的CMOS工艺,采用28脚SSOP表面封装形式,其管脚如图1所示,引脚功能如表1。
正弦波信号发生器的DSP设计

50 42的片内 R M 中存有 2 6字 的正 弦及余 弦数据表 , O 5 可 以通过程序直接调用该表中的数据 ,由 DA回放 出正弦波 。通 / 过 M TA A L B模拟仿真 自己生成的正 弦数据表 , 不但可 以解决频 率单一的问题 , 还可以增加精度 , 并改善系统的兼容性。 13 _泰勒级数展开法 任一角度的正 弦及余弦波都可以展开成泰勒级数 ,取前五 项 的近 似公 式 为 :
日z (= )
口 =一2c sc0: b= 1 o o
:七 Aic ; =so no
.
对应的是在单位圆上有复共轭极点的二阶振荡器 ,共扼极 点为 :l e , P, 其离散时域脉冲单位 冲击响应响应 : z =
h )A i ( 1∞0 u玎 ( =ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱs [ + ) ] () n nn ・
 ̄ - O3
.
设定采样频率为  ̄ 4 k z即通过定时器中断, -0 H , 每隔 2 u 产 5s 生一个 y ) (, n则递归的差分方程系数为:
n= - o o 2c sco=
6:l; :snoo=sn2 2 i i
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一 — — + — — 一 — — + ——
f f /T D + )P D 1 , c ( D R 1( R + ) =x
2 1
4 I
6 1
8 1
其中: 为角度值 ,O为其对应 的弧度值 。通 过变换 的 O t / 值, 且利用弧度与频率之间的关 系很容易实现变频处理 。 1 . 字正 弦 振荡 器 4数 数字正弦波振荡器的系统函数可表示为 :
1 正 弦波 信号 的 产 生 方式 1 采样回放法 . 1
举例说明一种正弦波信号发生器电路

举例说明一种正弦波信号发生器电路正弦波信号发生器是一种电路,可以产生正弦波信号。
正弦波信号是有很多应用的,比如在电子学实验中,我们需要用到正弦波信号来测试电路。
下面,我将简单介绍一种正弦波信号发生器的电路,并对其原理和工作流程进行说明。
首先,这种电路的核心部件是一个三极管,它被用作振荡器。
在这个电路中,三极管的基极、发射极和集电极都与其他电子元器件相连。
正弦波信号不断地从集电极引出,并送到负载电阻。
负载电阻的作用是阻止电路的过度电流流入电源。
同样,电路中还有一个电容器,它与三极管的基极和地相连。
它起到的作用是抑制三极管的噪声。
当三极管被正确地电偏置时,就开始振荡了。
这是因为基极可能连接到三角波波形发生器输出的高阻抗信号,它能抵消三极管的反馈性能。
随着电荷在电容器内流动,振荡波形变化,从而形成了正弦波信号。
这个电荷在三极管的基极和集电极之间来回流动。
这个电路有很多优点,其中最重要的是简单易用。
通过改变电路中的一些元器件,就可以改变输出的正弦波信号的频率。
此外,这个电路还可以通过使用放大器、变压器和滤波器等其他设备来进一步优化。
这个电路可以用于许多应用程序。
在实际使用中,常用于声音处理器件、无线电通信器件、电子设备测试、电子数字合成器、音乐器材等等。
这个电路非常普遍,无论在个人电子学方面还是工业领域都有它的身影。
这个电路的实现需要一定的知识和技能,但如果你已经具备了一定的电子学知识,那么它应该不难理解。
总的来说,这个电路是一种简单而有效的正弦波信号发生器,有很多实际应用。
正弦波 方波 三角波发生电路

正弦波方波三角波发生电路----9eef9958-7160-11ec-a078-7cb59b590d7d正弦波方波三角波发生电路正弦波&周期;方波&周期;三角波产生电路一、设计目的及要求:1.1. 设计目的:(1).掌握波形产生电路的设计、组装和调试的方法;(2). 熟悉集成电路:集成运算放大器LM324,掌握其工作原理。
1.2. 设计要求:(1)设计波形产生电路。
(2)信号频率范围:100hz——1000hz。
(3)信号波形:正弦波。
二、实验方案:为了产生正弦波,必须在放大电路里加入正反馈,因此放大电路和正反馈网络是振荡电路的最主要部分。
但是,这样两部分构成的振荡器一般得不到正弦波,这是由于很难控制正反馈的量。
如果正反馈量大,则增幅,输出幅度越来越大,最后由三极管的非线性限幅,这必然产生非线性失真。
反之,如果正反馈量不足,则减幅,可能停振,为此振荡电路要有一个稳幅电路。
为了获得单一频率的正弦波输出,应该有选频网络,选频网络往往和正反馈网络或放大电路合而为一。
选频网络由r、c和l、c等电抗性元件组成。
正弦波振荡器的名称一般由选频网络来命名。
正弦波发生电路的组成:放大电路、正反馈网络、选频网络、稳幅电路。
产生正弦波的条件与负反馈放大电路中产生自激的条件非常相似。
然而,在负反馈放大器电路中,信号频率到达通带的两端,导致足够的附加相移,从而使负反馈变为正反馈。
正反馈加到振荡电路中。
振荡建立后,它只是一个频率的信号,没有额外的相移。
(a)负反馈放大电路(b)正反馈振荡电路图1振荡器的方框图比较图1(a)和(b)就可以明显地看出负反馈放大电路和正反馈振荡电路的区别了。
由于=十、。
由于正负号的变化,正反馈的放大系数为: = 0,因此X振荡电路的输入信号xiif.a,式中a是放大电路的放大倍数,f是反馈网络的放大倍数。
..振荡条件:AF 1.幅度平衡条件:af=1相位平衡条件: AF= a+f=±2n振荡器在刚刚起振时,为了克服电路中的损耗,需要正反馈强一些,即要求|af| 1..这被称为起始条件。
基于泰勒级数展开法的DSP正弦信号发生器设计

基于泰勒级数展开法的DSP正弦信号发生器设计作者:姜志鹏程嫚嫚来源:《数字技术与应用》2013年第07期摘要:泰勒级数是使用多项式逼近已知函数的常用方法,本文分析了正弦信号的泰勒级数展开算法,基于TI公司C54xx系列DSP芯片的汇编语言编程实现该算法,并使用了存储单元复用的方法解决了为提高精度而增加展开项数导致的计数速度变慢的问题,同时也节省了硬件资源。
实验结果表明,基于该算法在DSP芯片中实现正弦信号发生器所需的存储资源以及计算精度均优于其他方法。
关键词:泰勒级数展开 DSP 正弦信号存储单元复用中图分类号:TP274 文献标识码:A 文章编号:1007-9416(2013)07-0163-021 引言正弦信号作为一种基本信号,具有非常有用的性质,如同频正弦信号相加,结果保持频率不变;整数倍频正弦信号之间的合成信号是频率与基波相同的的非正弦信号;正弦信号对时间的微分、积分后仍为同频的正弦信号等[1]。
由于这些原因,正弦信号作为典型信号或测试信号大量应用于通信、仪器和控制等领域。
正弦信号发生器的常用设计方法有查找表、递推公式法以及泰勒级数[2]。
其中,查找表要求事先将正弦信号各点数据存入存储器,当精度要求较高时需要占用较多的存储器空间;递推公式法要求用前值算出后值,当数据点数较大时,容易产生积累误差。
相比之下,泰勒级数是一种更适合于实际使用的算法。
2 硬件原理以DSP为核心的硬件电路通常包括DSP芯片、CPLD芯片、ADC/DAC电路、显示电路以及外围电路等[3]。
本文基于这种思路,设计的正弦信号发生器硬件框图如图1所示。
限于篇幅,(图1)中未列出如电源模块、电平转换模块等常规模块。
DSP采用了TI公司的16位定点DSP芯片TMS320C5416,CPLD芯片既要实现与键盘的交互,又是整个硬件系统的核心逻辑控制电路。
键盘用于对输出波形的幅度、频率等作出调整。
CPLD根据键盘的译码结果将不同的参数送往存储器,DSP在执行程序时从存储器中获得不同的参数从而产生不同的波形效果。
2kHz正弦信号发生器

2kHz 正弦信号发生器设计一、设计目的1、了解数字波形产生的原理2、学习用DSP 产生各种波形的基本方法和步骤,提高用C 语言进行DSP 编程的能力。
3、掌握DSP 与D/A 转换器接口的使用。
二、设计设备计算机、DSP 硬件仿真机、ZYE1801B 实验箱,60M 示波器,连接线若干。
三、设计原理数字波形信号发生器是利用DSP 芯片,通过软件编程和D/A 转换来产生所需要的信号波形的一种方法。
在通信、仪器和控制等领域的信号处理系统中,经常会用到各种数字波形发生器。
譬如,一般产生正弦波的方法有两种:1、查表法:此种方法用于对精度要求不是很高的场合。
如果要求精度高,所需要的表格就很大,相应的存储器容量也要很大。
2、泰勒级数展开法:这是一种更为有效的方法。
与查表法相比,需要的存储单元很少,而且精度比较高。
一个角度为θ的正弦函数和余弦函数,都可以展开成泰勒级数,取其前5项进行近似得:35792222sin (1(1(1(1))))3!5!7!9!2*34*56*78*9x x x x x x x x x x θ=-+-+=----24682222cos 11(1(1(1)))2!4!6!8!23*45*67*8x x x x x x x x θ=-+-+=---- 其中:x 为θ的弧度值。
也可以用递推公式求正弦和余弦值:θθθθ)2sin()1sin(cos 2sin ---∙=n n n θθθθ)2cos()1cos(cos 2cos ---∙=n n n利用递推公式计算正弦和余弦值需已知COS θ和正、余弦的前两个值。
用这种方法,求少数点可以,如产生连续正弦、余弦波,则累积误差太大,不可取。
通过3个拨码开关对DSP 进行输入,输入的0-7对应8种不同的波形,DSP 根据输入的数据进行不同的波形处理,把处理后的数字数据发送到D/A 转换器,经D/A 转换器转换后输出模拟量,用示波器进行测量,观察。
基于DDS的正弦波信号发生器的设计

me o . h s m f r i aywa e r e ea ra d i f r ei a d o i c dg a snh s e( t d T es t o bt r v f r g n rt n s ot ed s n b s ndr t ii l y tei r DDS h ye a r on o t s wa g e e t z )
tc e hno l y ve be n s use n de t i1A he e i a na l i f t yse ro r a e i lo g v n.The og ha e d ic s d i a . t or tc la yss he s t m pe f m nc s as i e o
2 1 年 8月 o1 繁 8期
电 子
测
试
E ECT L RONI E C T ST
Aug. 201 1 No. 8
基于DDS 的正 弦波信 号发 生器 的设 计★
崔唯佳 ,高磊 ,陈晓军
( 中北大学 信息探测与处理技术 研究所 ,山西 太原 0 0 5 ) 301
摘 要 :在频率合成领域 中, 直接数 字合成( DS是近年来 新的技术 ,它是从相位概 念出发直接合成所 需波形的 D )
中图 分 类 号 : TN9 5 9 2 +. 文献标识 码: A
D e i n gia r ns it r ba e on FPGA sg of di t lt a m t e s d
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。
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正弦波信号发生器的设计与实现中文摘要正弦波信号发生器广泛地应用于电子电路、自动控制系统和教学实验等领域,是工业与实验领域重要的信号激励源。
系统是以STC89C52单片机,AD9850集成电路为核心器件,设计并实现了频率、幅值连续可调的正弦波发生器。
通过按键控制可实现正弦波频率的预置和幅度调节,步进精度为1Hz和10Hz,同时通过LCD12864液晶屏显示其对应频率。
经测试:系统输出正弦波连续可调,频率范围100Hz ~1MHz,分辨率1Hz;幅值范围1v~10v。
关键词:信号发生器;正弦波;STC89C52;AD9850Design and implementation of sine wave signal generatorABSTRACTSine wave signal generator is widely used in electronic circuits, automatic control system and teaching experiment etc., is an important signal source of industrial and experimental field.STC89C52 microcontroller, AD9850 integrated circuit are the core device of this system.The design and implementation of a sine wave generator frequency, amplitude adjustable. we can achieve the preset of sine wave frequency and adjust of the amplitude through the button control .The stepping accuracy of this design is 1Hz and 10Hz.The system can achieve the function of displaying the corresponding frequency through the LCD12864.After testing:the system output sine wave is continuous and adjustable, the frequency range of 100Hz to 1MHz, the resolution of 1Hz; range 1V ~ 10V.KEYWORD:Sine wave generator; sine wave; STC89C52 ; AD9850目录第一章绪论 01.1论文设计背景和意义 01.2波形发生器的发展 01.3信号发生器的实现方法 (1)本章小结 (2)第二章系统总体方案设计 (3)2.1设计的要求及系统功能 (3)2.2DDS的基本原理 (3)2.3功能分析 (4)2.3.1主控模块功能分析 (4)2.3.2 信号发生模块功能分析 (5)2.3.3液晶显示模块功能分析 (5)2.3.4放大模块功能分析 (5)本章小结 (5)第三章系统硬件设计 (6)3.1单片机控制模块设计 (6)3.1.1 STC89C52单片机 (6)3.1.2时钟电路 (7)3.1.3复位电路 (7)3.2信号产生模块设计 (7)3.2.1 DDS结构 (7)3.2.2累加器 (8)3.2.3 控制相位的加法器 (8)3.2.4 控制波形的加法器 (8)3.2.5 D/A转换器 (8)3.2.6 AD9850集成模块 (8)3.3显示模块设计 (10)3.4.1 LCD12864基本特性 (10)3.4.2 LCD12864的设计使用 (11)3.4键盘输入控制模块设计 (11)3.5放大模块设计 (12)3.5.1 反相比例放大电路 (12)3.5.2 运算放大器OP37 (12)3.5.3 直流稳压模块 (12)3.5.4 lm7815/lm7915系列 (13)本章小结 (13)第四章系统软件设计 (15)4.1系统主程序设计 (15)4.2键盘扫描程序设计 (15)4.3显示程序设计 (16)4.4频率设定程序设计 (17)本章小结 (17)第五章系统调试 (18)5.1软件调试 (18)5.1.1 编程语言的选择 (18)5.1.2 系统开发环境 (18)5.2测试仪器 (19)5.3电源测试数据记录 (19)5.4系统测试 (19)5.5测试分析 (20)本章小结 (20)第六章总结 (21)参考文献 (22)致谢................................................................................................................................... 错误!未定义书签。
附录一硬件图片: (23)附录二总电路图 (24)附录三程序代码 (25)主程序: (26)DDS程序 (28)12864.程序 (31)键盘程序 (32)第一章绪论1.1 论文设计背景和意义在电子技术领域中,经常要用一些信号作为测量基准信号或输入信号,也就是所谓的信号源。
信号源有很多种,正弦波信号源是其中一种。
被称为电子系统“心脏”的信号源是电子系统必不可少的组成部分,很大程度上决定了系统的性能,然而传统的信号源采用振荡器,产生波形种类少,且仪器体积大,自动化程度较低,灵活性与精确度差。
随着电子技术的发展,对信号源的要求越来越高,频率范围越来越大,分辨率越来越小,同时,对频率合成器功耗、体积、重量等也有更高的要求。
因此,实现高性能的信号源,必须要有新的突破的技术手段。
今天的高性能信号源通过频率合成技术来实现,随着计算机,数字集成电路和微电子技术的发展,频率合成技术有了新的突破,直接数字频率合成(DDS),这是一种先进的数字信号处理理论和信号合成的方法,它的出现将信号合成引入到一个新的技术领域,进一步提高信号的频率稳定度提供了一种新的解决方案。
随着微电子技术的迅速发展,直接数字频率合成技术得到了迅速的发展,直接数字频率合成器DDS组件后,DDS组件限制速度和数字噪声引起的这两个主要的缺点阻碍了DDS技术的发展与应用。
近年来,超高速数字电路的发展以及对DDS的深入研究,DDS的最大工作频率和噪声性能接近的锁相环率合成器,并达到了相当的水平。
随着微电子技术的迅速发展,直接数字频率合成技术得到了迅速的发展,它不同于人其他现代频率合成技术的频率合成,具有优越的性能和特点。
反映在较宽的带宽,频率转换时间短,频率分辨率高,输出相位连续,可生产各种其他宽带正交信号和调制信号,可编程数字,控制灵活,具有很高的价格。
现在广泛的应用在通信,导航,遥测,雷达,电子战和现代仪器仪表行业等领域[1]。
1.2 波形发生器的发展波形发生器随着不断进步的计算机技术和微电子技术的形成而发展起来的一种新型信号源器。
基于DDS技术的波形发生器具有输出频率稳定,精度,波形质量和输出波形的频率范围等一系列独特的优点,波形发生器是一个重要的研究方向。
DDS技术是一种先进的频率合成技术,其主要优点是易于程控,相位连续,输出频率稳定,分辨率高。
早在20世纪20年代,当电子装置刚刚出现,波形发生器就出现了。
随着通信和雷达技术,40年的出现主要是用于测试各种接收机标准信号发生器。
由于早期的信号发生器机结构比较复杂,功率比较大,电路比较简单(和数字仪表相比,示波器),所以发展一直比较缓慢。
在上世纪70年代以前,信号发生器主要有两种类型:正弦波和脉冲波,然而函数发生器,可以提供正弦、余弦波、方波、三角波,正弦波等几种常用的标准波形,如果需要产生其他波形,则会用更复杂的电路和电结合的方法。
这一时期的波形发生器使用更多的模拟电子,由模拟电路存在体积大,价格昂贵,功耗等缺点,产生一个更复杂的信号波形,则电路结构非常复杂。
同时,有两个突出的问题,第一,通过调整电位器来调整输出频率来实现的,因此很难调整到一个固定的价值;第二,脉冲占空比不可调。
在上世纪70年代,随着微处理器的出现,可以使用的处理器、A/D和D/A,硬件和软件功能扩展的波形发生器产生更复杂的波形。
这一时期比基于软件的波形发生器,在本质上,该DAC采用一个微处理器的程序控制,就可以得到各种简单的波形。
二十一世纪,随着集成电路技术的飞速发展,已经有工作频率超过千兆赫的DDS芯片,而且还促进的函数波形发生器的发展,2003年,安捷伦33220A能够产生17种波形的产品,最高频率可达20M,2005年的产品N6030A能够产生了500MHz的频率,采样频率为1.25GHz。
1.3信号发生器的实现方法信号发生器的实现方法通常有以下几种:方案一:利用分立元件用函数发生器:分立器件集成芯片是相对而言的。
随着科学技术的不断发展,人们进入电子时代,分立器件已广泛应用于消费电子,计算机和外围设备,网络通信,汽车电子等领域,LED显示。
包括:半导体二极管,半导体晶体管,电容,电阻,逻辑器件,传感器,敏感器件和封装如压电晶体类似的半导体器件。
利用信号发生器的分立元件,通常是一种结构简单、成本低。
然而,由于组件和环境条件等因素的变化,产生波形的频率偏差。
方案二:信号发生器可以是晶体管、运放集成电路和其他通用设备制造,它更是一个特殊的信号发生器产生的。
早期的信号发生器电路,如BA205、XR2207/2209、L8038等,他们的精度不高,功能少,频率上限仅为300kHz,无法产生较高频率的信号,调整它不够灵活的方式,频率和占空比不能单独调节,两者的相互影响。
方案三:利用集成芯片做函数发生器:产生各种波形,可以实现更高的频率,调试方便,成本低。
鉴于此,美国制开发了一个ICMAX038生成函数信号发生器,它克服了方案二芯片解决方案的不足,是上述芯片不能相比的,可以达到一个较高的技术指标。
MAX038精度高,所以称为精密函数发生器IC。
在频率合成器,压控振荡器,锁相环,,如脉冲宽度调制器电路的设计,设备实现的首选[2]。
方案四:专用直接数字合成信号发生器的DDS芯片的使用使用直接数字频率合成DDS芯片的信号发生器:产生任意波形,实现高频率。
DDS在大多数数字电路中常用的操作,从而提供的主要优点的数字运算。
由于信号合成的最后阶段将转换到模拟域,所以更降低了信号发生器的复杂性和提高方面的信号发生器的稳定性。
直接数字频率合成(直接数字合成,简称DDS),是一种新的频率合成技术,即频率合成器。