调幅信号产生电路设计【毕业论文】.doc

1、 本科毕业设计 （ 20 届） 调幅信号产生电路设计 所在学院 专业班级 电子信息工程 学生姓名 学号 指导教师 职称 完成日期 年 月 - - 2 - - 摘 要 在幅度调制中 ,根据已调信号的频谱分量不同 ,可分为普通调幅 (AM) 、抑制载波的双边带调幅 (DSB) 、抑制载波的单边带调幅 ( SSB)等。 本文 使用双 AD835芯片实现抑制载波的双边带调幅（ DSB）和 调幅指数可变的普通振幅调制 （ AM）信号产生电路，通过软件实现二者之间的自由切换，并可以对 AM 调制指数进行灵活设定。根据 DSB 调制和 AM调制公式，用一个 AD835 芯片实现乘积运算，另一个 AD835

2、芯片实现乘积与求和运算。通过 C8051 开发板上的 DAC 模块输出不同的直流电压，直流电压 E与调制信号相乘，直流信号 A与前者的乘积相加，实现调制指数调整和调制模式的切换。当直流电压 A为 0 时，实现 DSB 模式；当直流电压 A为 1 时，实现 AM 模式，并 用 LCD 显示电路工作状态。 关键词： 调幅信号； AD835； AM； DSB；调制 - - 3 - - Abstract In amplitude modulation, according to the already adjustable signal spectrum component is different,

3、can be divided into ordinary modulation(AM),the modulation of inhibit carrier bilateral belt (DSB),inhibit carrier single side band modulation (SSB).This experiment using two AD835 chip,to realize DSB modulation and AM modulation produce circuit.Through the software to realize between both free swit

4、ching,And AM modulation index can be flexible settings.According to the AM modulation and DSB modulation formula,Use a AD835 chip realize multiplication ,Another AD835 chip realize multiplication and summation operations. Through the C8051 development board the DAC different direct voltage output mo

5、dule,direct voltage E and modulation signal multiplication,direct signal A and former multiplication adding together, Realize modulation index adjustment and modulation pattern of switching.when direct voltage A is zero, realize DSB mode.When direct voltage A is not zero, realize AM mode,and use LCD

6、 display circuit working state. Key words: Amplitude modulated signal;AD835;AM;DSB;modulate - - 4 - - 目 录 1 引言 . - 1 - 2 总体设计 . - 3 - 2.1 振幅调制的工作原理 . - 3 - 2.1.1 普通调幅波 (AM) . - 5 - 2.1.2 抑制载波的双边带调幅（ DSB） . - 6 - 2.2 实现 AM/DSB 调制的数 学模型 . - 6 - 2.3 系统总体方案设计 . - 7 - 3 硬件设计 . - 8 - 3.1 AD835 芯片 . - 8 -

7、3.2 单片机模块 . - 10 - 3.3 液晶显示模块 . - 11 - 3.4 小结 . - 12 - 4 软件设计 . - 13 - 4.1 主程序部分 . - 13 - 4.2 初始化部分 . - 13 - 4.2.1 系统时钟初始化 . - 14 - 4.2.2 端口初始化 . - 15 - 4.2.3 DAC 的初始化 . - 15 - 4.3 液晶显示 . - 16 - 5 制作和调试 . - 18 - 5.1 制作过程 . - 18 - 5.2 硬件调试 . - 18 - 6 结论 . - 19 - 致 谢 . - 20 - 参考文献 . - 21 - - - 1 - - 1

8、 引言 近些年， 随着电子技术、计算机技术等技术的发展，调幅技术已经 广泛用于军事通信、微波中继、模拟移动通信、无线电通信、广播电视等领域 ,也是信号与系统、通信原理等专业课程的重 要内容 1。目前 实现调制的方法越来越多， 例如采用 DSP， FPGA 以及一些专用芯片产生调幅信号， 每种方法都有其优缺点。 调制类型按载波可分为：用正弦高频信号作为载波的正弦波调制或称为连续波调制，用脉冲串构成一组数字信号作为载波的脉冲调制 2。对于连续波调制，已调信号由振幅 A、频率和相位三个参数构成。改变三个参数中的任何一个都可能携带同样的信息。因此，连续波调制可分为调幅（ AM）、调频（ FM）、调相（

9、 PM）。 调相和调频有密切的关系。调相时，同时有调频伴随发生；调频时，也同时有调相伴随发生，不过两者的变化 规律不同 3。实际使用时很少采用调相制，它主要是用来作为得到调频的一种方法。 调幅主要用于广播、载波通信、无线电台、数传、传真、电视广播等领域。调频主要用于微波中继、卫星和移动通信。调相是一种中间的调制方式。对于脉冲调制，通常也分为两种方式：用连续型的调制信号去改变脉冲参数的脉冲模拟调制和用连续调制信号的数字化形式（通过模数转化）去形成一系列脉冲组的脉冲编码调制（脉冲数字调制） 4。脉冲模拟调制可分为脉幅调制 PAM、脉宽调制 PDM（ PWM）、脉位调制 PPM。脉幅调制用于中间调制

10、方式，遥测等地方。脉宽调制用 于中间调制方式、一点对多点微波通信等方面。脉位调制用于遥测、光纤传输等方面。脉冲数字调制可分为脉码调制PCM、增量调制 M 和各种语言、图像的新的编码方式 DPCM、 LPC 等。脉码调制主要用于市话、卫星、空间通信。增量调制用于军用和民用通信。各种语言、图像的新的编码方式用于对图像、语音的编码。 通过调制，可以同时广播多个声音 /音乐广播电台，彼此不会发生干扰。如果不经过调制，所有的信号将占据同一频段，使接受端无法从杂乱信号中选择有用信号 5。在广播和通信系统中，普通调幅方式是最简单的实现调制和解调的收、发信机线 路。因此在中短波广播和传统的中、短波无线电通信，

11、广播电视，电视图像信号的传输等方面都有广泛的应用。在系统的某一个部分向领近的另一个部分发送数据的场合下， AM也非常有效。虽然 AM具有功率使用率低（和浪费）的- - 2 - - 缺点，但是功率的低效率使用，换取了调制和解调的方便，使得接收机可以以低廉的价格大量的进入市场 6。为了克服 AM 方式的各种问题，设计了各种 AM 的变化形式。抑制载波的双边带调幅就是其中的一种，通过减少载波的方法，达到节省带宽或者提高功率利用率的目的。 本文的主要研究内容是调幅信号产生电路设计 ,其具体要求如下： （ 1） 实现 DSB 调制和 AM 调制之间的自由切换。 （ 2） 通过 C8051 开发板上的 D

12、AC 模块控制增益指数的变化。 （ 3） 用 LCD 显示 AM 信号的调制指数。 - - 3 - - 2 总体设计 振幅调制是用调制信号去控制载波的振幅 ,使其随调制信号线性变化 ,而保持载波的频率不变 7。在幅度调制中 ,根据所取出已调信号的频谱分量不同 ,分为普通调幅 (AM) 、抑制载波的双边带调幅 (DSB) 、抑制载波的单边带调幅 (SSB)。 目前调幅信号产生的方法有多种多样，主要有以下几种： 非 线性器件调幅电路、基于 DSP 和 DDS 的调制电路、 FPGA 和 DSP 融合实现幅度调制等。 非线性调幅电路中，产生 AM 调制（属于高电平调幅）和 DSB 调制（属于低电平调

13、幅）两种形式的电路是分开进行分析 8，不能使用一个电路实现 AM 和 DSB之间的转变，浪费资源。基于 DSP 和 DDS 的调制电路的优点是载波频率、调制方式、调幅指数和调制频偏均可软件设置。与传统模拟调制相比 ,它具有更好的系统再现性和稳定性 ,克服了模拟硬件 ,信号处理功能的不确定性 ,用软件调整代替硬件调整利于系统升级 9。采用 FPGA 和 DSP 融合这种方法实现调幅，避免了使用 VHDL 语言设计编程的复杂性，可以高效 、可靠、方便的产生 AM 信号，硬件测试和实现快捷，开发效率高，而且调制信号步进精度好，产生的波形失真小，具有一定实用性 10。 本次实验采用的是采用另外一种方式

14、实现振幅调制。使用两个 AD835 芯片就可以实现 AM 和 DSB 的转化，操作简单，功能丰富，调幅指数使用软件控制，范围广易于实现。 2.1 振幅调制的工作原理 设调制信号是一个角频率为 的单音频余弦信号电压 tUV cos)t( ，用它去调制角频率为 C 的等幅高频信号（载波）电压 tUtV ccmC c o s)( ，可得到两种振幅调制信号电压：普通调幅信号（ AM）： ttmaUtV ccmAM c o s)c o s1()( 和抑制载波的双边带信号（ DSB）： ttUKUtV ccmmD S B c o sc o s)( 11 - - 4 - - 1 / 20A )(AMS 0A

15、0002 m2-1 AM 信号的波形和频谱 图 2-1 所示 为 AM信号的波形和频谱，从图中可知 波形特征： (1)调幅波的振 幅（包络）变化规律与调制信号波形一致。（ 2）调幅波频率（即变化快慢）与载 波频率一致。 1)(M1 / 2)(DSBS 00 mm002 m2-2 DSB 信号的波形和频谱 图 2-2 所示为 DSB 信号的波形和频谱， 从图中可知 波形特征：（ 1） DSB 信号的包络正比于调制信号的绝对值 （ 2） DSB 信号载波的相位反映了调制信号的极性，即在调制信号负半周时，已调波高频与原载波反相。因此严格地说， DSB信号已非单纯的振幅调制信号，而是既调幅又调相的信号

16、。（ 3） DSB 波的频谱成份中抑制了载波分量，全部功率为边带占有，功率利 用率高于 AM 波。 从 AM和 DSB的数学表达式中可以看出，这些调幅信号都是由调制电压和高频等幅电压相乘的结果 .因此，只需将调制信号电压和高频等幅电压送入乘法器的- - 5 - - 两个输入端相乘，就可以在输出端得到所需要的已调制信号电压 . 2.1.1 普通调幅波 (AM) 假设要传送的低频信号电压为一单一音频的低频电压 )(tU ，它的瞬时值表达式为 utUtU cos)( （ 2-1） 式中， utUtU cos)( 是低频信号电压振幅；为低频信号的角频率。假设载波电压的瞬时值表达式为 tUtU cCC

17、c o s)( （ 2-2） 式中， tUtU cCC cos)( 是载波电压振幅， tUtU cCC cos)( 为载波电压的角频率。在用 utUtU cos)( (t)对 tUtU cCC cos)( (t)进行调幅时，高频调幅信号 )(tUAM 的振幅在载波振幅 tUtU cCC cos)( 的基础上，随低频信号utUtU cos)( (t)而变化，它的幅度为 7 tUUtU C c o sk)( （ 2-3） K是取决于调幅电路的比例常数。 因此，高频调幅信号 )(tUAM 可以用下式表示 12： tkUUtUU ccAM ct ) c o sc o s(c o s)t()t( tUk

18、UU cCC c o s)1( tU cC c o s)m1( a （ 2-4） 式中 cUkUma （ 2-5） ma 表示载波振荡的振幅受低频信号调幅后的振幅变化过程。通常把 ma 称为调幅指数或调幅度，用来表明振幅调制的深度。 当 ma =0 时，为载波电压未受低频信号调幅的载波状态，即未调幅。当 ma =1时，此时为最大调幅（百分之百）。当 ma 1 时，为过调幅，波形产生严重失真。通常情况 0ma 1,这也是本设计 ma的 范围。 - - 6 - - 2.1.2 抑制载波的双边带调幅（ DSB） 从普通调幅波的功率关系知道 ,当 ma = 1 时 ,其中 2/3的载波功率不含信息 ,

19、实际上这部分功率白白浪费了。为了克服这个缺点 ,提高设备的功率利用率 ,可以将不携带消息的载波分量抑制掉 ,而只传输携带消息的两个边带 ,这就是抑制载波的双边带调幅波 (DSB)13，其数学表达式为 : )(tUDSB tkU ccostcos （ 2-6） 2.2 实现 AM/DSB调制的数学模型 由式 2-4 可知，实现普通调幅主要是利用加法运算和乘法运算；由式 2-6可知实现抑制载波的双边带调制利用乘法运算。因此要同时实现 AM/DSB 两种调幅方式的数字模型如图 2-3 所示。 调 制 信 号U 载 波 信 号U C直 流 信 号E输 出V o = U C ( A + E * U )直 流 信 号A2-3 AM/DSB 产生的数学模型 设调制信号 utUtU cos)( ，载波信号为 tUtU cCC c o s)( ， E 是直流电压用以控制 AM 调制， A 是直流电压用以控制 AM/DSB 切换， VO是输出信号。 调制信号和载波信号从乘法器中输出为 tUEU cos1 (2-7) 加法器的输出为 tUEAU c os*2 (2-8) 则乘法器最终输出为 ttUEAUV cCO c o s)c o s*( (2-9)