基于MP430控制的正弦波信号源的设计与制作

本系统以MSP430为控制核心设计并制作一个正弦波和脉冲波信号源。本 实验分为四大模块，分别是键盘扫描模块，正弦波产生模块，脉冲波产生模块和液晶显示模块。正弦产生部分采用DDS芯片AD9851产生频率可控的正弦波,在实践测试中得之从AD9851输出的正弦波幅值会随频率变化，最后通过软件编程明显减少了幅值误差。脉冲产生部分采用Verilog编程在FPGA内部产生占空比可调的脉冲波，解决了由将正弦波变成方波再送FPGA产生脉冲波的不稳定性。本系统工作可靠稳定，较好地完成了基本部分和发挥部分的要求。

一. 总体方案

本系统要求在给定±15V电源电压条件下设计出一个能产生正波和脉冲波的信号源。信号频率为20Hz~20kHz,频率能程控步进调整(步长为5Hz),脉冲波的占空比在2%~98%之间能程控步进调整(步长2%)，两路信号均要求幅值在100mv到3V步进可调(步长为100mv)，要求性能良好(频率稳度高,非线性失真小等)，方案考虑如下：

正弦波产生

方案一：采用单片函数信号发生器(如8038),8038可同时产生正弦波。脉冲波,方法简单易行,用D/A转换器的输出来改变调制电压,可以实现数控调整频率,但步长难以满足要求,且频率稳定度不高。

方案二:采用锁相式频率合成器,利用锁相环,将压控振荡器(vco)的输出频率锁定在所需频率上,该方案性能良好,但难以达到输出频率覆盖系数的要求,且电路复杂,不适于产生低频信号。

方案三:采用直接数字频率合成芯片AB9851,可以很方便地生成正弦波和脉冲波。DDS特别适合于生成频率低、频带宽、频率稳定性和准确度较高及波形复杂的场合。

脉冲波产生

方案一:由D/A转换器产生占空比相应的电压,将之与正弦信号进行比较就可得到所需占空比方波。但这种方法精度较差,难以达到2%的步进要求。

方案二:先把正弦波变换为锯齿波或三角波,然后进行比较。这样一来虽然可以提高精度,但电路复杂,成本高,调试也困难。

方案三:采用计数定时方法,先将正弦波变换为方波送入FPGA,再用它的上升沿触发一计时电路,该电路在计时期间输出为高电平,计时终止后输出为低电平, 从而实现脉冲波的占空比步进可调，占空比由单片机传输给FPGA。此方案构成的两模块有影响，形成信号源不稳定。

方案四：在单片机MSP430的控制下，通过软件编程直接在FPGA内部产生可控占空比脉冲波，实现比较容易，产生信号源十分稳定。

根据以上分析，选用如下方案：

(1)正弦波采用DDS芯片AD9851用动态生成程序的方法来实现。

(2)方波的产生方波由编程在FPGA内部生成。

信号源系统的原理框图如图所示：

图1 系统总体框图