正弦信號發(fā)生器主要由兩部分組成：正弦波信號發(fā)生器和產(chǎn)生調(diào)幅、調(diào)頻、鍵控信號。正弦波信號發(fā)生器采用直接數(shù)字頻率合成DDS技術(shù)，在CPLD上實(shí)現(xiàn)正弦信號查找表和地址掃描，經(jīng)D/A輸出可得到正弦信號。具有頻率穩(wěn)定度高，頻率范圍寬，容易實(shí)現(xiàn)頻率步進(jìn)100Hz。

1、正弦波形的產(chǎn)生

單向DDS由Nbit相位累加器和ROM只讀存儲器（正弦查找表）構(gòu)成的數(shù)控振蕩源（NCO），數(shù)模轉(zhuǎn)換器（DAC）、低通平滑濾波器（LPF）構(gòu)成，圖1所示為DDS的基本結(jié)構(gòu)。

圖1 ?基于DDS技術(shù)的正弦信號發(fā)生器原理框圖

圖1中fc為時鐘頻率，K為頻率控制字，N為相位累加器的字長，M為ROM地址線位數(shù)，L為ROM數(shù)據(jù)線寬度，f0為輸出頻率。相位累加器由全加器和累加寄存器級聯(lián)組成。在時鐘頻率fc的控制下，對輸入頻率控制字K進(jìn)行累加，累加滿量時就產(chǎn)生溢出。相位累加器的輸出對應(yīng)于該時刻合成周期信號的相位，并且這個相位是周期性的，在0～2π范圍內(nèi)變化。相位累加器位數(shù)為N，最大輸出為2N-1，對應(yīng)于2π的相位，累加1次就輸出1個相應(yīng)的相位碼，地址以查表方式，得到對應(yīng)相位的信號幅度值，經(jīng)過數(shù)模轉(zhuǎn)換，就可以得到一定頻率的信號輸出波形，低通濾波器對輸出的信號波形進(jìn)行平滑處理，濾除雜波和諧波。

由于控制字K經(jīng)過2N/K次累加，相位累加器滿量溢出，完成1個周期運(yùn)算，所以輸出頻率f0由fc和K共同決定，即f0=fcK/2N且K《2N-1，得到DDS的最小分辨率可達(dá)fc/2N。理論上通過設(shè)定DDS相位累加器的位數(shù)N、頻率控制字K和時鐘頻率fc的值，就可以產(chǎn)生任一頻率的輸出。根據(jù)頻率步進(jìn)100Hz的要求，選取累加器的位數(shù)為19位，計算出時鐘頻率fc應(yīng)為52.4288MHz。步進(jìn)的累計誤差通過軟件補(bǔ)償?shù)姆椒ㄟM(jìn)行修正，利用現(xiàn)有的52.4160MHz晶振完全精確地實(shí)現(xiàn)步進(jìn)100Hz的要求。

2、產(chǎn)生模擬幅度調(diào)制信號

用調(diào)制信號去控制高頻振蕩的幅度，使其幅度的變化量隨調(diào)制信號成正比地變化，這一過程稱為幅度調(diào)制。若載波為uc=Uccosωct，調(diào)制信號為f（t）=cosΩt，則調(diào)幅波為

uAM（t）=Uc［1+macosΩt］cosωct（1）

普通調(diào)幅波利用模擬相乘器實(shí)現(xiàn)，但是外圍電路復(fù)雜，改變調(diào)制度需改變電路元件的參數(shù)，實(shí)現(xiàn)起來繁瑣?？梢圆捎肅PLD芯片結(jié)合DDS技術(shù)靈活的實(shí)現(xiàn)數(shù)字調(diào)幅，原理如圖2所示。

圖2 ?幅度調(diào)制原理框圖

由DDS產(chǎn)生的波形信號作為載波，在單片機(jī)內(nèi)部作調(diào)制信號為1kHz的正弦波形存儲表，根據(jù)鍵盤所設(shè)定的調(diào)制度ma（10％～100％）與存儲表中的數(shù)據(jù)相乘的結(jié)果送CPLD與DDS得到的波形相乘，再與DDS信號相加就產(chǎn)生相應(yīng)的數(shù)字調(diào)幅波編碼，經(jīng)D/A轉(zhuǎn)換得到模擬調(diào)幅信號。

3、產(chǎn)生模擬頻率調(diào)制信號

在連續(xù)波調(diào)制中，載波可表示為uc=Uccosωct，調(diào)制信號為UΩ（t），調(diào)頻波是瞬時頻率的變化量與調(diào)制信號成正比，因此調(diào)頻波的瞬時角頻率除了載波角頻率ωc外，還附加一項(xiàng)和調(diào)制信號成正比的部分ω（t）=ωc+Δωf（t），Δωp（t）=kfuΩ（t），式中kf為比例系數(shù)，是單位調(diào)制信號強(qiáng)度引起的頻率變化。Δωf（t）的最大值Δωf稱為最大頻偏，反映在頻率上為f（t）=fc+Δfcos（2πft），調(diào)頻波的表達(dá)式：

UFM（t）=Uccos［（fc+Δfcos（2πft）t］（2）

圖3 ?頻率調(diào)制原理框圖

圖3為CPLD數(shù)字調(diào)頻電路，頻偏為5K時的控制字是50，將余弦波形與50相乘，并與單片機(jī)傳遞的頻率控制字相加，送入DDS模塊經(jīng)D/A轉(zhuǎn)換就可以輸出調(diào)頻波，其設(shè)計原理圖如圖4所示。

圖4 ?頻率調(diào)制設(shè)計原理圖