1 简介

为了高效地输出正弦波、AM波、FM波、PSK和ASK信号，基于直接数字频率合成（DDFS）技术和各种调制信号的相关原理，设计了一种新型DDS器件来产生正弦波信号。以及各种调制信号的设计方法。采用该方法设计的正弦信号发生器已在工程领域得到广泛应用，具有系统结构简单、界面友好的特点。

2 系统总体设计方案

图1给出了系统的总体设计框图，它由单片机、现场可编程门阵列(FPGA)及其外围模拟元件组成。在FPGA内部数字部分，FPGA内部的总线控制模块用于与键盘扫描、液晶控制等人机交??互模块进行通信，在单片机之间的交互通信中起到桥梁作用。单片机及整体系统控制模块。系统工作的整体控制，可以统一控制各个时序模块；每个时序模块用于完成相应的控制功能。在模拟部分，DDS型模块的输出信号通过无源低通滤波器和放大电路变成正弦波和调频调制信号；然后调幅电路用于将FPGA内部DDS模块产生的信号和输出的载波信号转换为调幅信号，同时在控制下通过一个PSK/ASK调制电路得到PsK和ASK信号的基带代码。，每个信号选择一个通道后，通过功放电路驱动一个50Ω的负载。

3 理论分析与计算

3.1 调幅信号

幅度调制信号的表达式为：

式中：ω0t、ωt分别为调制信号和载波信号的角频率；MA 是调制度。

设V(O)=Vocos(ω0t)，V(ω)=MACos(ωt)，则V(t)=V(O)+V(O)V(ω)。因此，可以通过乘法器和加法器得到幅度调制信号；可以通过改变调制信号V(ω)的幅值来改变MA，V(ω)的范围为0.1-l V，MA对应10%-100%。

3.2 调频信号

DDS调频方法用于产生调频信号。具体实现方法是在FPGA内部通过相位累加器和波形存储器组成一个DDS模块，用于产生1kHz的调制信号。其中，波形存储器中的数据为调制信号的幅度值。将代表幅度值的数据直接与中心频率对应的控制字相加，得到调频信号的瞬时频率控制字，再根据调制信号的频率切换这些频率控制字正弦波信号发生器的设计，得到对应的输出DDS模块。调频信号。

3.3 PSK 和 ASK 信号

ASK 信号是振幅键控信号，可以用多路复用器实现。当控制信号为1时，选择载波信号输出；当控制信号为0时，不选择载波信号输出；当控制信号由速率为10Kb/s的数字脉冲序列给定时，可产生ASK信号。PSK信号是相移键控信号，这里只产生两相相移键控，即BPSK信号。它的实现方法与ASK基本相同，只是当控制信号为0时，选择将原载波信号反相后的输出信号，反相后的信号可以用增益倍数为的反相放大电路实现1.

4 主要功能电路设计

图 2 显示了调幅电路。它采用ADI公司的乘法器AD835来实现。装置内部自带加法器，可直接组成调幅电路。图 3 显示了 PSK/ASK 电路。它主要由多路复用器和移相器组成。其中，移相器由Maxim的高速运算放大器组成的反相放大电路实现，多路复用器由ADI公司实现。当两条通道选择控制线A1AO为11时，输出原信号；A1A0为00时，输出原信号的反相信号；当A1A0为01时，无信号输出。这样，FPGA只要通过两条控制线Al和AO以固定的速率给出基带序列信号，就可以输出相应的PSK和ASK信号。

FPGA内部的DDS调频电路由分频器、累加器、ROM和时序控制电路组成。分频器用于得到20kHz的信号作为控制字的开关频率；ROM中存储1kHz正弦波表，接收累加器给定的控制字切换信号，同时将频偏控制字送至时序控制模块；时序控制电路根据中心频率向器件发送频率控制字，结合频偏控制字实现DDS调频。

功放电路由ADI公司的高速运放AD811和T1的缓冲器BUF*组成，如图4所示。AD8ll采用同相放大器接法，将输入信号放大到峰峰值电压为6五；后级缓冲电路用于提供足够的输出电流，使负载的峰值输出电压稳定在6 V。由于AD81l的输出电流较大，因此在AD811和缓冲器之间串联一个1 kΩ的电阻用于限流。电路调试时发现。输出高频信号被衰减。经分析可知，主要原因是后级缓冲器有一个8pF的等效输入电容（见图4虚线），影响了电路的高频响应。

5 系统软件设计

系统软件采用结构化、层次化的设计方法。前者是指相应的基本功能模块利用底层处理子程序处理后的数据，向上层全功能模块提供处理后的数据；后者是指使用前者的接口来完成模块的功能。主程序调用全功能模块构建系统。图5显示了程序流程图。

整个程序以按键中断为主线，分为正弦波、AM波、FM波、按键波4种输出模式和1种复位模式。在不同的模式下执行相应的子程序，分别将相应的控制字写入FPGA。

6 测试数据

系统测试主要由高频毫伏表、频率计和示波器完成。其中，高频毫伏表测试输出信号的峰值；频率计测试输出信号的频率；示波器用于测试正弦波、AM波、FM波、PSK和ASK等信号波形。这里选取1kHz、10kHz、、1MHz、个频点对正弦信号发生器进行测试，将实际频率与预设频率进行比较，各频点相对误差较小小于 0. 05‰。其中，和10MHz的相对误差小于0.02‰；五个频率点对应的正弦信号峰值电压分别为6.28V、6.25V、6.10V、5.90V、5 .60V。

7结语

系统较好地完成了预期的功能和指标。正弦波输出频率范围1kHz～10MHz，内部频率稳定度10～4；调频波输出频率范围为～10MHz，内部频偏可分为5kHz/10kHz两级程控调节；AM波输出频率范围为l～10MHz正弦波信号发生器的设计，调制度可在10%～100%之间编程，步进为10%。ASK和PSK信号经过移相电路和多路复用器的组合，在FPGA给出的基带序列信号的控制下产生。（国外电子元器件作者：马海洋、曾震、徐光熙）

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