一种基于FPGA和DAC的新型数字正弦信号发生器的制作方法

本实用新型属于电子技术领域，尤其涉及一种基于FPGA和DAC的新型数字正弦信号发生器。

背景技术：

正弦信号发生器是最重要的测量仪器之一，随着测试对象的多样化和数字技术的进步，其获得了广泛的应用和快速的发展。正弦信号发生器作为电子技术领域中最基本的电子仪器，广泛应用于航空航天测控、通信系统、电子对抗、电子测量、科研等各个领域中。它能满足测试系统的多种要求，成为了系统综合测试中不可缺少的组成部分。市面上普通正弦信号发生器采用的模拟式或者锁相法，具有结构复杂，抗干扰能力差，频率转换速度慢，频率分辨率低等问题。

技术实现要素：

本实用新型的目的在于提供新型的一种基于FPGA和DAC的新型数字正弦信号发生器，旨在解决传统正弦信号发生器结构复杂，抗干扰能力差，频率稳定性低等问题。

本实用新型的技术方案如下：

一种基于FPGA和DAC的新型数字正弦信号发生器，包括：单片机系统、模拟信号产生电路、DDS及调制电路、D/A转换器、放大电路和滤波电路；所述单片机系统连接于所述DDS及调制电路，所述DDS及调制电路连接于所述D/A转换器，所述模拟信号产生电路连接于所述DDS及调制电路，所述D/A转换器连接于所述放大电路，所述放大电路连接于所述滤波电路。

进一步根据本实用新型所述的基于FPGA和DAC的新型数字正弦信号发生器，所述单片机系统作为控制系统，用户可以输入频率控制字对所述DDS及调制电路进行控制进而实现对输出正弦波频率的控制；所述单片机系统主要由单片机SPCE061A和LED显示屏E组成；所述单片机SPCE061A有15个串口，其中，串口IOA1接所述LED显示屏E的接口CSA，串口IOA0接所述LED显示屏E的接口CSB，串口IOA2接所述LED显示屏E的接口DI，串口IOA3接所述LED显示屏E的接口RW，串口IOA4接所述LED显示屏E的接口E，串口IOA5接所述LED显示屏E的接口RST，串口IOA[8～15]与所述LED显示屏E的接口DATA相连；所述串口IOA0～所述单片机系统作为控制系统，用户可以输入频率控制字对所述DDS及调制电路进行控制进而实现对输出正弦波频率的控制；IOA5为控制信号实现对所述LED显示屏E的控制，所述串口IOA[8～5]与所述LED显示屏E的DATA接口连接实现数据的传输。

进一步根据本实用新型所述的基于FPGA和DAC的新型数字正弦信号发生器，所述模拟信号产生电路由滑动变阻器R1和R2、电阻R3和R4、电容C1和C2还有OP07CN运算放大器组成；所述OP07CN运算放大器的引脚1和8悬空，引脚7接电源VCC，引脚4接电源-VCC，引脚3接所述电阻R4、所述电容C1和C2，所述电阻R4和所述电容C2的另一端接地，所述电容C1另一端接所述滑动变阻器R2的滑片与一个固定端，所述滑动变阻器R2另一个固定端接所述OP07CN运算放大器的引脚6，所述OP07CN运算放大器的引脚2接所述电阻R3一端以及所述滑动变阻器R1的滑片和一个固定端，所述电阻R3另一端接地，所述滑动变阻器R1的另一个固定端接引脚6，所述OP07CN运算放大器的引脚6作为输出端OUT输出信号；所述模拟信号产生电路产生正弦信号，相当于正弦信号振荡器，所述OP07CN运算放大器的引脚3和6、所述滑动变阻器R2、所述电容C1构成正反馈回路，实现正弦信号的产生和频率的选择，调节所述滑动变阻器R2可以调整反馈的强弱；所述OP07CN运算放大器的引脚2和引脚6及所述滑动变阻器R1构成负反馈电路，保证电路的稳定，调整所述滑动变阻器R1可以改变电路的负反馈系数。

进一步根据本实用新型所述的基于FPGA和DAC的新型数字正弦信号发生器，所述DDS及调制电路负责在数字域上实现FM和AM调制信号(经过离散化的)的频率合成和生成ASK和PSK的调制信号，正弦波(载频)的频率合成，完成ASK，PSK，FM，AM在数字域的调制，然后通过D/A转换器形成正确的波形信号。

进一步根据本实用新型所述的基于FPGA和DAC的新型数字正弦信号发生器，所述放大电路由滑动变阻器R5，电阻R6，和增益放大器AD603组成；所述增益放大器AD603有8个引脚，其中，引脚1和引脚4接地，引脚2接所述滑动变阻器R5的滑片，引脚3接输入信号IN，引脚5和引脚7输出信号OUT，引脚7接所述电阻R6，引脚6接电源-VCC，引脚8接电源+VCC；所述滑动变阻器R5的一个固定端接地，另一个固定端接电源+VCC；所述电阻R6的另一端接地，所述放大电路通过调整所述滑动变阻器R5改变引脚1和2间的电压差，从而改变滑动变阻器R5的电压放大倍数。

进一步根据本实用新型所述的基于FPGA和DAC的新型数字正弦信号发生器，所述滤波电路由电阻R7—R10，电容C3和C4还有运算放大器MAX4108组成；其中，所述运算放大器MAX4108的引脚4接电源VEE，管脚8接电源VCC，引脚1作为输出端OUT，引脚3接所述电阻R9和R10，所述电阻R9另一端接地，所述电阻R10另一端接所述运算放大器MAX4108的引脚1，输入信号IN接所述电阻R7，所述电阻R7另一端接所述电阻R8和所述电容C4，所述电阻R8另一端接所述运算放大器MAX4108的引脚2，所述电容C4另一端接所述运算放大器MAX4108的引脚1，所述电容C3一端接所述运算放大器MAX4108的引脚2，另一端接地；所述滤波电路采用的是一个两阶巴特沃兹低通滤波电路，同时采用所述运算放大器MAX4108作两倍电压放大，所述运算放大器MAX4108的引脚1和引脚3间接所述电阻R10，构成正反馈，实现放大的功能，所述电容C3实现滤波的功能，而经所述电容C4形成的闭合回路实现负反馈的功能，维持模块的稳定。

本实用新型与现在技术相比，其有益效果在于：

1.本实用新型采用DDS技术，使得频率分辨率高、转换速度快、信号纯度高、相位可控、输出信号无电流脉冲叠加、输出可平稳过渡且相位可保持连续变化。

2.本实用新型电路设计简单。本实用新型采用FPGA和DAC来实现DDS。通过FPGA在数字域上实现频率合成然后通过DAC形成信号波形。由于信号都是由FPGA在数字域进行处理，可以很方便的将FM和AM等调制在数字域实现，整个系统的电路设计大为简化。同时由于数字调制避免了模拟调制带来的误差和干扰，大大提高了调制的性能。

3.本实用新型便于维护升级，采用软件化设计电路，大大简化了本实用新型电路的维护和升级工作。

附图说明

图1是本实用新型的系统方框图；

图2是本实用新型的单片机系统的电路图；

图3是本实用新型的模拟信号产生电路的电路图；

图4是本实用新型的放大电路的电路图；

图5是本实用新型的滤波电路的电路图。

具体实施方式

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

如图1所示是本实用新型的系统方框图。所述系统由单片机系统、模拟信号产生电路、DDS及调制电路、D/A转换器、放大电路和滤波电路组成。

所述单片机系统连接于所述DDS及调制电路，所述DDS及调制电路连接于所述D/A转换器，所述模拟信号产生电路连接于所述DDS及调制电路，所述D/A转换器连接于所述放大电路。所述放大电路连接于所述滤波电路。

所述单片机系统作为控制系统，用户可以输入频率控制字对所述DDS及调制电路进行控制进而实现对输出正弦波频率的控制；所述模拟信号产生电路产生本实用新型所需的模拟信号，所述模拟信号作为所述DDS及调制电路的参考频率，本实用新型输出信号的频率稳定度与所述模拟信号的频率稳定度有关；通过所述单片机系统控制所述DDS及调制电路完成在数字域上实现正弦波(载频)的合成、FM和AM调制信号(经过离散化的)的合成、产生ASK和PSK的调制信号，并且完成ASK、PSK的调制和FM、AM调制；所述D/A转换器把所述DDS及调制电路的输出进行数模转换；所述放大电路和滤波电路对所述D/A转换器输出的模拟信号进行放大、滤波，并输出信号。

如图2所示是本实用新型的单片机系统的电路图。

所述单片机系统主要由单片机SPCE061A和LED显示屏E组成。所述单片机SPCE061A有15个串口，其中，串口IOA1接所述LED显示屏E的接口CSA，串口IOA0接所述LED显示屏E的接口CSB，串口IOA2接所述LED显示屏E的接口DI，串口IOA3接所述LED显示屏E的接口RW，串口IOA4接所述LED显示屏E的接口E，串口IOA5接所述LED显示屏E的接口RST，串口IOA[8～15]与所述LED显示屏E的接口DATA相连。

所述串口IOA0～IOA5为控制信号实现对所述LED显示屏E的控制，所述串口IOA[8～5]与所述LED显示屏E的DATA接口连接实现数据的传输。

如图3所示是本实用新型的模拟信号产生电路的电路图。

所述模拟信号产生电路由滑动变阻器R1和R2、电阻R3和R4、电容C1和C2还有OP07CN运算放大器组成。所述OP07CN运算放大器的引脚1和8悬空，引脚7接电源VCC，引脚4接电源-VCC，引脚3接所述电阻R4、所述电容C1和C2，所述电阻R4和所述电容C2的另一端接地，所述电容C1另一端接所述滑动变阻器R2的滑片与一个固定端，所述滑动变阻器R2另一个固定端接所述OP07CN运算放大器的引脚6。所述OP07CN运算放大器的引脚2接所述电阻R3一端以及所述滑动变阻器R1的滑片和一个固定端。所述电阻R3另一端接地。所述滑动变阻器R1的另一个固定端接引脚6。所述OP07CN运算放大器的引脚6作为输出端OUT输出信号。

所述模拟信号产生电路产生正弦信号，相当于正弦信号振荡器。所述OP07CN运算放大器的引脚3和6、所述滑动变阻器R2、所述电容C1构成正反馈回路，实现正弦信号的产生和频率的选择。调节所述滑动变阻器R2可以调整反馈的强弱。所述OP07CN运算放大器的引脚2和引脚6及所述滑动变阻器R1构成负反馈电路，保证电路的稳定。调整所述滑动变阻器R1可以改变电路的负反馈系数。

所述DDS及调制电路负责在数字域上实现FM和AM调制信号(经过离散化的)的频率合成和生成ASK和PSK的调制信号，正弦波(载频)的频率合成，完成ASK，PSK，FM，AM在数字域的调制，然后通过D/A转换器形成正确的波形信号。

如图4所示是本实用新型的放大电路的电路图，所述放大电路由滑动变阻器R5，电阻R6，和增益放大器AD603组成。所述增益放大器AD603有8个引脚，其中，引脚1和引脚4接地，引脚2接所述滑动变阻器R5的滑片，引脚3接输入信号IN，引脚5和引脚7输出信号OUT，引脚7接所述电阻R6，引脚6接电源-VCC，引脚8接电源+VCC。所述滑动变阻器R5的一个固定端接地，另一个固定端接电源+VCC。所述电阻R6的另一端接地。所述放大电路通过调整所述滑动变阻器R5改变引脚1和2间的电压差，从而改变滑动变阻器R5的电压放大倍数。

如图5所示是本实用新型的滤波电路的电路图。

所述滤波电路由电阻R7—R10，电容C3和C4还有运算放大器MAX4108组成。其中，所述运算放大器MAX4108的引脚4接电源VEE，管脚8接电源VCC，引脚1作为输出端OUT，引脚3接所述电阻R9和R10，所述电阻R9另一端接地，所述电阻R10另一端接所述运算放大器MAX4108的引脚1。输入信号IN接所述电阻R7，所述电阻R7另一端接所述电阻R8和所述电容C4。所述电阻R8另一端接所述运算放大器MAX4108的引脚2。所述电容C4另一端接所述运算放大器MAX4108的引脚1。所述电容C3一端接所述运算放大器MAX4108的引脚2，另一端接地。

所述滤波电路采用的是一个两阶巴特沃兹低通滤波电路，同时采用所述运算放大器MAX4108作两倍电压放大。所述运算放大器MAX4108的引脚1和引脚3间接所述电阻R10，构成正反馈，实现放大的功能。所述电容C3实现滤波的功能，而经所述电容C4形成的闭合回路实现负反馈的功能，维持模块的稳定。

以上仅是对本实用新型的优选实施方式进行了描述，并不将本实用新型的技术方案限制于此，本领域人员在本实用新型的主要技术构思的基础上所作的任何公知变形都属于本实用新型所要保护的技术范畴，本实用新型具体的保护范围以权利要求书的记载为准。