文档介绍：正弦信号发生器[2005 年电子大赛一等奖]
本系统基于直接数字频率合成技术;以凌阳 SPCE061A 单片机为控制核心;采用宽带运放 AD811 和 AGC 技术使得 50Ω负载上峰值达到
6V±1V;由模拟乘法器 AD835 产生调幅信号;由数控电位器程控调制度;通过单片机改变频率字实现调频信号,最大频偏可控;通过模拟
开关产生 ASK、PSK 信号。系统的频率范围在 100Hz~12MHz,稳定度优于 10-5,最小步进为 10Hz。
一、方案论证
根据题目要求和本系统的设计思想,系统主要包括图所示的模块。

图系统模块框图
1、单片机选型
方案一:采用现在比较通用的 51 系列单片机。51 系列单片机的发展已经有比较长的时间,应用比较广泛,各种技术都比较成熟,但
此系列单片机是 8 位机,处理速度不是很快,资源不够充足,而且其最小系统的外围电路都要自己设计和制作,使用起来不是很方便,故
不采用。
方案二:选用凌阳公司的 SPCE061A 单片机。SPCE061A 单片机是 16 位的处理器,主频可以达到 49MHz,速度很快,再加上其方便的
ADC 接口,非常适合对高频信号进行数字调频,如果对音频信号进行 A/D 采样,经过数字调频并发射,完全可以达到调频广播的效果。
结合题目的要求及 SPCE061A 单片机的特点,本系统选用凌阳公司的此款单片机。
2、频率合成模块
方案一:锁相环频率合成。如图 ,锁相环主要由压控 LC 振荡器,环路滤波器,鉴相器,可编程分频器,晶振构成。且频率稳定
度与晶振的稳定度相同,达 10-5,集成度高,稳定性好;但是锁相环锁定频率较慢,且有稳态相位误差,故不采用。

图锁相环的基本原理
方案二: 直接数字频率合成。直接数字频率合成 DDFS(Direct Digital Frequency Synthesizer)基于 Nyquist 定理,将模拟信号
采集,量化后存入存储器中,通过寻址查表输出波形数据,再经 D/A 转换,滤波,恢复原波形。DDFS 中大部分部件都属于数字电路,集
成度高、体积小、功耗低、可靠性、性价比高,易调试,输出线性调频信号相位连续,频率分辨率高,转换速度快,价格低。其频率稳定
度和可靠性优于其它方案,故采用该方案。
3、峰值检测模块
方案一:使用 AD8310 测峰-峰值。AD8310 可以测量输入信号的正有效值,从而得到峰-峰值。AD8310 为 440MHz 的高速对数放大器,
频带很宽;输出是信号有效值的对数,虽然可测量的范围很宽,但信号的幅度变化较小时,其输出几乎不变,不利于后面的自动增益控制。
故不采用。
方案二:二极管包络测峰法。利用二级管波形幅度检测的方法,得到信号的正峰值。此法检测的信号范围较小,但精度较高,对后面
使用自动增益控制来稳定幅度有重大意义。因此采用此方案。利用检波二极管 1N60 对输入信号检测,得到与信号峰值成比例关系的直流
信号,再经运放调整比例系数以便于单片机采样。电路如图 :
图正峰值幅度检测
4、自动增益控制模块
方案一:DAC 控制增益。如图 ,输入信号放大后作为基准电压送给 DAC 的 Vref 脚,相当于一个程控衰减器。再接一级放大,这两
级放大可实现要求的放大倍数。输出接到有效值检测电路上,反馈给单片机。单片机根据反馈调节衰减器,实现 AGC。还可通过输入模块
预置增益值,控制 DAC 的输出,实现程控增益。但增益动态范围有限,故不采用。

图增益控制部分方案一示意图
方案二:电压控制增益。如图 ,信号经缓冲器后进入可编程增益放大器 PGA --AD603,放大后进入有效值测量部分,得出的有效
值采样后送入单片机,再由 DAC 输出给 AD603 控制放大倍数,实现自动增益控制。同时可通过输入模块设置增益值,控制 DAC 的输出,实
现程控增益放大。
图增益控制部分方案二示意图
5、显示模块
方案一:采用8位LED配以MAX7219 显示。控制简单,调试方便, 且串行显示占用 I/O 口少;但只能显示 ASCII 码,故不采用。
方案二:采用点阵型(128 × 64)液晶 SVM12864(LCD)。虽然占用 I/O 口多,控制复杂,但功能强大,可以显示汉字及简单图形,
可设计出清晰的菜单,提供全面的信息,功耗低,界面友好,控制灵活,使系统智能化、人性化,因此采用该方案。
二、详细软硬件设计
1、硬件设计
SPCE061A 单片机从键盘获得输入信息,控制 DDFS 芯片 AD9851 ,产生预置频率和相