模拟频率调制电路设计及FPGA实现

张心泽 ,房磊

摘要：伴随着社会经济的全面发展进步与科技水平的日新月异，国内的电子设备系统市场也取得了爆发性的增长，电子电路系统在开发及设计方面也获得了持续的进步，通常优秀的产品不但需要精巧的设计，实用的功能，更需要特别关注的是其安全性及稳定性。怎样才能设计出适用实际生产过程的电子电路系统，这就需要相关设计方案必须接受严格的调试和检测过程，这样才能确保理论和实际进行紧密的结合，这就是电子电路系统的调试环节。

关键词：DDS技术;模拟频率调制;电路设计;FPGA实现

引言

利用先进的电子设计自动化工具，可以方便地进行集成数字电路的设计。然而，模拟电路设计仍然受到缺乏自动设计工具的困扰，许多模拟电路模块，即使是小规模的，仍然需要有经验的专家在传统方法下进行设计。因此，如何在有限的资源下设计出最优的模拟电路已成为越来越重要的问题。模拟电路演化是电子信息硬件演化领域中重要的一环，是为了解决传统方法难以处理的复杂功能电路需求而提出的。

1电子元器件单元简述

通常电子系统的元器件单元总体上能够分成电子元件以及电子器件这两大类范畴，电子器件通常指的是由半导体相关材料制造出来的基础型的电子相关元件单元（比如二极管、晶体管和各种规模的集成电路系统等）。此类元件可以划分成无源的器件（比如二极管装置）、有源的器件（例如晶体管和集成电路系统等）这两大种类。无源类型的器件只需通过输入信号提供的电能来进行相应的工作，无需外加电源来给相应的器件提供电能；有源类型的器件则需要有专门为其提供相应电能的电源装置才可以进行相应的操作。伴随着当今时代电子领域的新技术与新工艺的持续进步，一些电子元件和电子器件之间的区别已经很难来进行划分，而且很多现代化的电子元器件已经不再是单纯的硬件设备系统了，比如单片机与单片机系统已经是一类基于相应的软件系统的硬件芯片单元。

2总体控制方案设计

由于农作物生长周期对环境的要求具有非线性、时变性等特点，加之温室室内面积较大，环境要素分布不均，农作物生长发育周期内对土壤中水分、无机盐等物质需求不同，因此，温室环境控制需要实现温室环境动态监测与控制。结合温室控制系统要求，本研究针对影响农作物生长的关键因子进行监控和控制，基于S7－226CPU，模拟量模块选用EM231、温湿度传感器选用HMD40Y传感器、光照传感器选用LC－GZ1传感器、CO2浓度传感器选用DCO2－T8传感器、系统监控界面选用winfccflexible组态系统。执行机构为电机、电磁阀，控制对象为遮阳帘、加热器、通风机和水泵等。

3 DDS技术的模拟频率调制电路设计及FPGA实现

3.1电子电路各种重要参数指标的检测研究

电子电路设计相关工程技术人员在通过全部试验步骤以后，就能够科学合理判断出电子电路的全部安全性以及运行的稳定性，在这种条件下电子电路设计相关工程技术人员就需要针对电子电路能够达成的各种技术目标功能实施全方位的仔细检测。此时电子电路必须增加重要电子数据信号输出装置，进而借助输入特定的振幅数值以及二次曲线波形图等电子信号，相当大程度地确保电子电路实现全部技术功能。该先进功能必须达到在相关装置正常运转的过程中动态电子信号前提条件下的运行功能。尤其是重要核心电子元器件的相关参数试验测试，需要包括设计全部技术功能的边缘化参数数值的试验测试。电子电路设计相关工程技术人员使用以上分块测试技术解决方案以及电子电路整体测试模式，针对电子电路充电单元模块以及整体电子电路实施全方位的功能测试。

3.2特殊种类电子电路的保护研究

电子元器件相关工程技术人员在有关电子电路的选择层面上，完全能够使用集成电子电路将传统的独立电子元器件进行替换，但是前提条件是必须最大限度地确保整个电子电路的基本功能可以正常实现。但是在特殊电子电路集成系统中及电子元器件成本非常高的高端电子电路系统中，电子元器件相关工程技术人员必须基于具体情况以及相关行业法规及技术标准做好各种保护措施，尤其是针对极易发热的电子元器件，必须做好散热处理，才能够不影响正常功能的使用。

3.3传感器选型

本系统中，传感器包括土壤湿度、光照强度、温度和CO2传感器等。土壤湿度传感器选用JX85－3001－TH型土壤湿度传感器，其原理是湿敏电容，当土壤湿度发生变化时，在湿敏电容介质发生变化，传感器将信号传送给PLC，由PLC控制水泵和喷水管喷灌。土壤湿度传感器工作电压12V～24VDC，工作电流50mA，电压输出12V。光照强度传感器选用FZN－3001－1－GZ数字型传感器，其原理是光敏电阻作为传感器元件，当传感器检测到光照强度变化时，光敏电阻值发生变化，其电压输出不同，当温室环境光照强度较低时，自动开启补光灯，当环境光照强度较大时自动关闭。光照传感器工作电压为12V～24VDC，工作电流50uA，功耗5W。温度开关选用HS1101数字型湿度传感器，其原理是以双金属片作为感温元件的湿度开关，当温度升高至动作温度值时，开关元件受热产生动作，打开或闭合触点，以此实现电路通断，起到热保护作用。当温度降至设定湿度时自动闭合或断开触点。温度开关传感器工作电压为12V～24VDC，工作电流50uA，电压输出12V。

3.4电机采样电路PCB设计要点

电机采样电路的PCB设计同样会影响电流采样的效果。首先在采样电阻的选型上要选择低寄生电感的高精度采样电阻，如果有条件可以使用专用于电流采样的四线制合金采样电阻，以达到更佳的采样效果。在走线连接方式上要使用四线制的开尔文接法来连接采样电阻与运算放大器，将功率线与采样线分开走线，同时采样线尽量使用差分布线，保证线路等距等长，以抑制采样线路引入的感性耦合和共模噪声引入的容性耦合电流.

3.5电路图编码交叉算子

不同电路拓扑中包含的电路节点数量往往是不同的，传统的单／多点交叉算子无法保证在交叉生成的新个体仍然为合法电路。图编码交叉算子使用两个电路个体中所拥有的公共节点作为分割点，分别对电路个体编码进行交叉位置计算，并将个体截断为两部分，使得前一部分编码不会包含公共节点以外的电路节点，从而保证了交叉之后的新个体仍然是有效的封闭电路。

结束语

综上所述，现阶段电子电路设计的普遍调试技术方法，电子电路设计相关工程技术人员通常状况下是在全方位掌握并了解国内电子电路设计的基本原理以及主要关键步骤的前提条件下，电子电路设计相关工程技术人员在针对其达成全部功能的综合检测的目的。在这种条件下必须高度关注通过电子元器件外观检查以及电子电路的通电检查来保证其安全性以及安全稳定性，通过电子电路各种常规功能的试验检测以及各种参数信息指标检测来判断电子电路的设计成功与否。也为电子电路设计相关工程技术人员今后的设计工作打下坚实的基础。

参考文献

[1]许强.宽带突发无线信号的频谱监测及捕获系统[D].南京邮电大学,2020.

[2]高德彭.SFCW信号源的研究与设计[D].南京邮电大学,2020.

[3]缪蓉.基于嵌入式的地铁FTGS发码电路设计[J].苏州市职业大学学报,2020,31(04):24-29.

[4]刘晋豪,欧来洪,张子文,叶青.一种低功耗扫频仪的设计与实现[J].电子世界,2020(21):79-81.

[5]蒋小军.基于FPGA的DDS信号发生器的设计[J].机电信息,2020(27):128-129.