全國大學(xué)生電子設(shè)計大賽(A題：正弦信號發(fā)生器)

摘要

這個正弦信號發(fā)生器利用最新的頻率合成技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了1KHz~30MHz的正弦波輸出，頻率步進(jìn)可達(dá)到1Hz，可輸出調(diào)制度可調(diào)的AM信號，5KHz、10KHz最大頻偏的FM信號，100KHz固定頻率載波、碼速10kbps的PSK，ASK信號。采用了超寬帶、超低噪聲的高速運(yùn)放，提高了輸出電壓的幅度。整個系統(tǒng)以ADuC841為控制中心，有很高的精確度和穩(wěn)定度。雙CPU結(jié)構(gòu)，大大增強(qiáng)了信息的處理能力；行列式鍵盤輸入，大屏幕LCD輸出，操作簡便，人機(jī)界面友好。

方案設(shè)計與論證

1.1 方案比較

本題目的要求是設(shè)計一個正弦信號發(fā)生器，并且能夠輸出模擬幅度調(diào)制（AM）信號，模擬頻率調(diào)制（FM）信號，二進(jìn)制PSK、ASK信號。綜合各方面考慮，可以把這個系統(tǒng)分為幾個子模塊：信號源部分、控制處理部分、AM，F(xiàn)M，PSK，ASK信號的產(chǎn)生部分，輸入輸出用戶接口和末級放大部分。本系統(tǒng)采用模塊化制作，對各模塊分析如下：

（1） 信號源部分

信號源是這個系統(tǒng)的核心，它的成功與否，將直接影響到整個系統(tǒng)的性能。

方案一：利用RC、LC網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)生振蕩信號

利用成熟的三點(diǎn)式晶體管振蕩電路，可以通過改變電阻，電感，電容元件的參數(shù)，來改變正弦振蕩的頻率。這種電路的特點(diǎn)是頻率穩(wěn)定性較好，并且很容易起振，電路簡單。但是如果要實(shí)現(xiàn)題目中要求的1KHz至10MHz那么寬的頻率范圍，很難做到，或者實(shí)現(xiàn)起來系統(tǒng)體積太大，功耗很高，容易產(chǎn)生雜波，不易精確調(diào)節(jié)振蕩頻率。因此該方案在設(shè)計之中不予考慮。

方案二：利用壓控振蕩器VCO產(chǎn)生振蕩信號

壓控振蕩器（又稱為VCO或V/F轉(zhuǎn)換電路）產(chǎn)生的波形的振蕩頻率與它的控制電壓成正比，因此，調(diào)節(jié)可變電阻或可變電容可以調(diào)節(jié)波形發(fā)生電路的振蕩頻率。利用集成運(yùn)放可以構(gòu)成具有一定精度、線性較好的壓控振蕩器。并且，可以用數(shù)字電位器實(shí)現(xiàn)對電壓的程控。但是，開環(huán)VCO的頻率穩(wěn)定度和頻率精度較低，題目中的頻率范圍對于壓控振蕩器來說太寬，很難實(shí)現(xiàn)，加之壓控振蕩器產(chǎn)生的信號頻率穩(wěn)定度也達(dá)不到題目的設(shè)計要求。

方案三：利用鎖相環(huán)進(jìn)（PLL）行間接頻率合成

這個方案是在方案二的基礎(chǔ)上，用鎖相環(huán)將VCO輸出的頻率鎖定在所需的頻率上。PLL使輸出頻率的穩(wěn)定度和精度，接近參考振蕩源（通常用晶振），如圖1 所示。如果只用一個鎖相環(huán)，頻率肯定覆蓋不了1KHz-10MHz的變化范圍。因此可以考慮用多個PLL進(jìn)行分段鎖定。缺點(diǎn)是硬件復(fù)雜，增加了調(diào)試難度。因此也不采用這種方案。

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