微机原理及接口技术课程设计

微机原理

机电工程系

微机原理及接口技术

课程设计

题目： 正弦信号发生器设计 专业：机械设计制造及其自动化 班级： 姓名： 学号： 指导教师：

(写上日期)2010年6月25

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课程设计设计名称及要求

名称：正弦信号发生器设计

要求：正弦信号的离散值存放在内存的某一连续区域中，这些离散值 经由D/A转换器转换成模拟量以形成正弦信号。 设计查询式输出系统结构图和完整的汇编语言程序。

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目录

1.引言-------------------------------------------------1 2.系统总体设计方案-------------------------------------1 3.理论分析与计算---------------------------------------2 3.1调幅信号 ----------------------------------------2 3.2调频信号-----------------------------------------2 3.3PSK和ASK信号------------------------------------2 4.主要功能电路设计------------------------------------3 5.系统软件设计----------------------------------------5 6.系统程序--------------------------------------------6 7.系统图----------------------------------------------9 8.参考文献--------------------------------------------10 9.小结------------------------------------------------11 10.感想-----------------------------------------------12

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设计内容

设计说明及计算过程

备注

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1 引言

2 系统总体 设计方案

1 引言 为了精确地输出正弦波、调幅波、调频波、PSK 及 ASK 等 信 号 ， 并 依 据 直 接 数 字 频 率 合 成 (Direct Digital FrequencySvnthesizer, 简称 DDFS)技术及各种调制信号相 关原理，设计了一种采用新型 DDS 器件产生正弦波信号和 各种调制信号的设计方法。采用该方法设计的正弦信号发 生器已广泛用于工程领域，且具有系统结构简单，界面友 好等特点。 2 系统总体设计方案 图 1 给出系统总体设计方框图，它由单片机、现场可 编程门阵列(FPGA)及其外围的模拟部分组成。在 FPGA 的 内部数字部分中，利用 FPGA 内部的总线控制模板实现与键 盘扫描、液晶控制等人机交互模块的通信，并在单片机与 系统工作总控制模块之间的交互通信中起桥梁作用。系统 工作总控制可统一控制各个时序模块；各时序模块用于完 成相应的控制功能。在模拟部分中，利用无源低通滤波器 及放大电路，使 AD9851 型 DDS 模块的输出信号成为弦波和 FM 调制信号；再利用调幅电路，使 FPGA 内部 DDS 模块产生 的信号与 AD9851 输出的载波信号变为调幅信号，同时在基 带码控制下通过 PSK/ASK 调制电路得到 PsK 和 ASK 信号。 最后，各路信号选择通道后，经功率放大电路驱动 50Ω 负 载。

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3 理论分析 与计算

图 1 系统总体设计方框图 3 理论分析与计算 3.1 调幅信号 调幅信号表达式为：

式中：ω 0t,ω t 分别为调制信号和载波信号的角频率；MA 为调制度。令 V(O)=Vocos(ω 0t),V(ω )=MAcos(ω t),则 V(t)=V(O)+V(O)V(ω )。故调幅信号可通过乘法器和加法器 得到；通过改变调制信号 V(ω )的幅值改变 MA,V(ω )的范 围为0.1~l V,MA 对应为10%~100%。 3.2 调频信号 采用 DDS 调频法产生调频信号，具体实现方法：通过 相位累加器和波形存储器在 FPGA 内部构成一个 DDS 模块， 用于产生1 kHz 的调制信号。其中，波形存储器的数据即为 调制信号的幅度值。将这些表示幅度值的数据直接与中心 频率对应的控制字相加，即可得到调频信号的瞬时频率控 制字，再按调制信号的频率切换这些频率控制字，即可得 到与 DDS 模块输出相对应的调频信号。 3.3 PSK 和 ASK 信号 ASK 信号是振幅键控信号， 可用一个多路复用器实 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10 Kb/s 的数字脉冲序列给出时，可以产生 ASK 信号。PSK 信号是移

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相键控信号，这里只产生二相移相键控，即 BPSK 信号。它 的实现方法与 ASK 基本相同，只是在控制信号为0时，选择 与原载波信号倒相的输出信号，该倒相信号可由增益倍数 为 l 的反相放大电路实现。 设计说明及计算过程 4 主要功能电路设计 图2给出调幅电路。它采用 ADI 公司的乘法器 AD835实 现。该器件内部自带加法器，可直接构成调幅电路。图3给 出 PSK/ASK 电路。它主要由多路复用器和移相器构成。其 中，移相器采用 Maxim 公司的高速运算放大器 MAX477所构 成的反相放大电路实现，多路复用器采用 ADI 公司的 AD7502。当两条通道选择控制线 A1AO 为 ll 时，输出原信 号；当 A1A0为00时，输出原信号的反相信号；当 A1A0为01 时，无信号输出。这样只要 FPGA 按固定速率通过 Al 和 AO 两条控制线给出基带序列信号，就能相应输出 PSK 和 ASK 信号。

备注

4 主要功能 电路设计

图2 调幅电路 FPGA 内部 DDS 调频电路由分频器、累加器、ROM 和 AD985l 时序控制电路构成。 分频器用于得到20 kHz 的信号， 作为 AD985l 控制字的切换频率；ROM 中存储了1 kHz 的正 弦波表， 接收累加器给出的控制字切换信号， 同时向 AD985l 时序控制模块发送频偏控制字；AD985l 时序控制电路根据 中心频率并结合频偏控制字向 AD985l 器件发送频率控制 字，以实现 DDS 调频。

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4 主要功能 电路设计

图3 PSK/ASK 电路 功率放大电路由 ADI 公司的高速运算发大器 AD811 和 T1 公司的缓冲器 BUF*构成，如图 4 所示。AD8ll 采用同相 放大器接法

,将输入信号放大到电压峰峰值为 6 V;后级缓 冲电路用于提供足够的输出电流，使负载的输出电压峰值 稳定在 6 V。由于 AD81l 的输出电流较大，所以在 AD811 与 缓冲器之间串接了一只 l kΩ 的电阻用于限流。电路调试时 发现.输出高频信号有衰减。经过分析获知，主要原因在 于后级缓冲器有 8 pF 的等效输入电容(见图 4 中虚线),该 电容影响电路的高频响应。于是在 AD811 输出与 BUF*输入 之间接入了 一只 330nF 的补偿电容，补偿后的电路高频响 应效果良好。

图4 功率放大电路

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5 系统软件设计 该系统软件采用结构化和层次化的设计方法。前者指 相应的基本功能模块利用底层处理子程序所处理的数据， 向上层全功能模块提供处理后的数据；后者指利用前者的 设计说明及计算过程 接口完成该模块功能。最后由主程序调用全功能模块构建 系统。图5给出程序流程图。

备注

5 系统软 件设计图5 程序流程图 整个程序以按键中断为主线，分为正弦波、调幅波、调频 波、键控波4种输出模式和1个复位模式。在不同的模式下 分别执行相应的子程序，最后分别向 FPGA 写入相应的控制 字。

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6 系统程序 SETB TR0

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设计说明及计算过程SINWAV :MOV SINLP1 :MOV MOV MOVC MOV MOVX SINLP2 : JNB R0,#00H DPTR , #SINTAB A A , R0

备注

,@ A+DPTR ,#0FFFEH DPTR ,A

DPTR @

TF0 , SINLP2 TF0 R0 R0 ,#13H,SINLP1 #SINTAB

6 系统程序

CLR INC CJNE SINLP3: MOV MOV MOVC

DPTR , A , R0 A

, @A+DPTR

MOV DPTR,#0FFFEH MOVX @ DPTR ,A

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SINLP4:

JNB TF0,SINLP4 CLR TFD

设计内容

设计说明及计算过程DEC R0 CJNE R0,#00H , SINLP3 SINLP5: MOV DPTR,#SINTAB MOV A,R0 MOVC A,@A+DPTR CPL A

备注

6 系统程序SINLP6:

MOV DPTR,#0FFFEH MOVX @ DPTR,A

JNB TF0,SINLP6 CLR TF0 INC R0 CJNE R0,#13H,SINLP6

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SINLP7:

MOV DPTR,#SINTAB MOV A,R0

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设计说明及计算过程MOVC A,@A+DPTR CPL A MOV MOVX SINLP8: DPTR ,#0FFFEH @ DPTR ,A

备注

JNB TF0,SINLP8 CLR TF0

6 系统程序

DEC R0 CJNE R0,#OOH,SINLP7 SJMP SINWAV SINTAB:DB 7FH,89H,94H,9FH,0AAH,0B4H, 0BEH,OC8H, 0D1H,0D9H DB OEOH,0E7H,0EDH,OF2H,0F7H, 0FAH,0FCH, 0FEH,OFFH

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参考文献

（1） 童诗白《模拟电子技术基础[M]》 北京.高等教育出版社，2003年

（2） 潘永雄，刘向阳《电子电路CAD实用教程[M]》西安电子科技大学出版

社,2001年

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（3） 周明德 《微机原理与接口技术》 2003年

（4） 《微型计算机技术及应用》 戴梅萼 2004年

（5） 《微机原理实验与课程设计指导书》 陆宏伟 中国电力出版社 2006

年

总结

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历经了一个多周的奋战，紧张而又充实的课程设计终于落下了帷幕。回想这段日子的经历和感受，我感慨万千，在这次课程设计的过程中，我拥有了无数难忘的回忆和收获。

当课题题目定下来的时候，我当时便立刻着手资料的收集工作中，当时面对浩瀚的书海真是有些茫然，不知如何下手。在搜集资料的过程中，我认真准备了一个笔记本。我在学校图书馆，在网上查找各类相关资料，将这些宝贵的资料全部记在笔记本上，尽量使我的资料完整、精确、数量多，这有利于课程设计的撰写。然后我将收集到的资料仔细整理分类，及时拿给同学大家进行沟通。 经过课程设计的完成，我对微机原理及接口技术这门课有了更加深刻的认识，掌握了以前不清楚的重点和难点，更加完善了知识体系。

感想

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课程设计是在教学过程的最后阶段采用的一种总结性的实践环节。通过课程设计，我们要学会能综合应用所学的各种理论知识和技能，进行全面、系统、严格的技术及基本能力的训练。

回顾此次课程设计，我感受很深。从最初的课题题目下来到完成课题设计，我在其中学习到了很多的东西。通过这次课程设计，我巩固了以前所学的知识，而且也学到了很多书本上没有的知识。并且体会到理论和实践相结合的重要性，光有理论知识是不够的，只有把所学的理论知识与实践相结合，才能真正地为社会服务。通过本次课程设计体会到自己对以前所学过的知识理解的不够深刻，掌握的不够牢固。明白了今后我们还有很多的东西要学习，我们要培养再学习的能力。

在本课题设计过程中，孙尚祥老师半年来对我这门课程的每个环节的悉心教导，严格要求，给我创造了很多的锻炼机会，使我在课程设计完成的过程中进一步提升了自己的学识。学习中老师严谨的治学态度，敏锐的学术洞察能力是我等学生的学习模范，老师的孜孜不倦的教学态度一直激励着我不断的学习进步。我衷心的感谢老师这半年来对我的教导。

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