[发明专利]基于AD9856通信信号发生器的设计与实现

说明书

技术领域

本发明涉及一种基于AD9856通信信号发生器的设计与实现方法，属于信息通信领域。

背景技术

AD9856是AD公司生产的数字正交上变频器，具有0-80MHz的输出频带宽度，内部集成DDS产生模块、12位DAC、输入数据转换器、3个可选内插半带宽滤波器、2-63倍可编程内插集成梳状滤波器、4×-20×可编程参考时钟倍频器。AD9856的工作方式有三种，可以通过编程设置。通常是工作在单频模式或者突发数据传输模式下。

发明内容

本发明选用AD9856数字正交上变频器和高速单片机STC12C5412AD设计了一个通信信号源，该信号源能够采用AM、FM、ASK、FSK、BPSK等不同调制方式对信号进行调制，并且载波的频率在10kKHZ-10MHZ能够自由设定，采用数控增益放大器AD8327对输出信号幅度在1V-5V(Vpp)之间可调。

图1是该信号源的组成框图。其主要组成部分包括：AD9856数字正交上变频器、高速单片机STC12C5412AD、以及A/D采样、按键扫描、液晶显示和幅度控制等多种电路。

附图说明

图1信号源的组成框图

图2AD9856及其外围电路图

实施方式

图2为AD9856及其外围电路图，主要涉及与高速单片机STC12C5412AD、以及A/D采样、按键扫描、液晶显示和幅度控制等多种电路的连接。下面介绍部分主要电路的设计内容。

1.AD采样及信号处理电路

采用STC12C5412AD的单片机实现。该单片机内部带8路的10位AD转换通道，在24MHz的工作频率的下，采样速度能够达到每秒110K，远超过系统要求的输入信号频带范围，根据奈奎斯特采样定理，能够实现对信号的无失真处理。而且是单指令周期的单片机，处理速度很快。基本能够满足AD9856的速度要求，考虑到对处理速度方面的要求，则不再用该单片机去实现按键扫描和显示控制的功能。这样，AD采样及信号处理由一片单片机就能完成，大大提高系统的集成度。

2.按键扫描及液晶显示电路

用STC89C52单片机实现，外接0-9的数字键，AM、FM等调制方式的按键。接P1口上实现按键的动态扫描。同时，将需要显示的信息送P0口上的液晶显示器显示。另外还通过串行口对STC12C5412AD实行控制。

3.幅度控制电路

由于需要对输出幅度实现控制，且要求的上限频率较高，因此需要宽带放大器，且增益可调。所以我们采用AD公司的AD8327数控增益放大器作为输出幅度控制部分。AD8327是AD公司生产的电缆驱动放大器，是可以数字控制增益的宽带放大器，3dB带宽高达160MHz，输出失真小，+5V供电，输出电压范围为0V-+5V，满足设计要求。

4.部分调制方式的软件设计

由于核心芯片AD9856是基于DDS的数字正交上变频芯片，能够自身产生0-80MHz的两路正交载波，然后再和经过处理而送来的I/Q两路信号进行正交调制，输出的波形时域形式为：I×Cos(ωt)+Q×Sin(ωt)或者I×Cos(ωt)-Q×Sin(ωt)，这里采用I×Cos(ωt)+Q×Sin(ωt)的形式，根据常见调制方式的时域信号表达式，进行适当数学变化成为I×Cos+Q×Sin的形式，分离出I/Q两路信号的表达式。从而在单片机中将AD采样而来的输入信号经过处理后，变成I/Q两路信号的模式，就可以得到已调波了。

FM调制信号软件设计：

FM调制的时域表达式为：S_FM(t)＝A cos[ωct+K_f∫m(τ)dτ]。展开得：

S_FM(t)＝A cos[K_f∫m(τ)dτ]×cos(ωct)-A sin[K_f∫m(τ)dτ]×sin(ωct)。

由上式得：I＝A cos[K_f∫m(τ)dτ]，Q＝-A sin[K_f∫m(τ)dτ]，这样，对AD采样的信号m(t)进行时域积分，然后再分别正弦和余弦化后，再送入AD9856就可得FM的波形。但是考虑到单片机进行积分和余弦等运算难度太大，这里改用另外一种调制方式，就是通过实时刷新AD9856的频率字，实现调频。因为调频的目的就是建立起被调信号的幅度和载波频率的关系，而AD9856提供速度高达10MHz的串行口进行频率寄存器的设定。因此，AD采样后根据得到的m(t)的幅值信息，建立起幅度和频率之间的简单映射，然后再通过高速串行口更改频率字，就可以实现FM的调制。根据奈奎斯特采样定理，对信号的采样频率只要大于输入信号频率上限的2倍，就可以实现对信号的无失真处理。而输入信号的频率最大为20KHz，STC12C5412AD单片机的采样频率为110KHz，达到频率上限的5.5倍，因而这样的调制不会导致信号的频谱失真。这种情况下，AD9856工作在单频模式。