大學(xué)生課外科技創(chuàng)新與實踐項目立項申報表.doc

項目編號浙江科技學(xué)院大學(xué)生課外科技創(chuàng)新與實踐項目立項申報表項目名稱： 專業(yè)實驗室用信號發(fā)生器的設(shè)計與制作 負 責(zé) 人： 葉俊杰 1教師 1學(xué)生 職稱（學(xué)號）： 109022024 學(xué)院（專業(yè)、年級）： 通信工程091 聯(lián)系電話：電子信箱： 申請日期： 2011 年 11 月 12 日 項目簡況項目名稱專業(yè)實驗室用信號發(fā)生器的設(shè)計與制作學(xué)科領(lǐng)域BA.機械與控制；B信息技術(shù)；C數(shù)理；D生命科學(xué)；E能源化工F. 社會科學(xué)（包括哲學(xué)、經(jīng)濟、社會、法律、教育、管理等）起止時間2011年 11 月 2012 年 11 月預(yù)期成果31、自然科學(xué)學(xué)術(shù)論文2、社會科學(xué)類調(diào)查報告和學(xué)術(shù)論文3、科技發(fā)明制作申請經(jīng)費總 額500 元其中撥款 500 元其他經(jīng)費及其來源項目負責(zé)人姓 名葉俊杰性別男聯(lián)系方在院系電子與信息工程學(xué)院學(xué) 歷本科在讀專業(yè)年級通信工程091職 稱學(xué)生研究特長C語言程序編程項目組成員姓名性別年齡職稱專 業(yè) 院、系承擔(dān)任務(wù)簽 名薛益定男21學(xué)生通信工程信息學(xué)院程序調(diào)試任仁澤男21學(xué)生通信工程信息學(xué)院電路設(shè)計邱旭朝男21學(xué)生通信工程信息學(xué)院資料收集指導(dǎo)教師（學(xué)生填）張錚男31講師通信工程信息學(xué)院指導(dǎo)老師接納學(xué)生要求（填寫人數(shù)、系別、年級、專業(yè)、及特殊要求）最多五人，通信電子系，擅長電路板設(shè)計或者程序設(shè)計與調(diào)試。項 目簡 介（描述項目意義、內(nèi)容、創(chuàng)新特色與前景 400字左右）信號發(fā)生器是一種常用的信號源，廣泛地應(yīng)用于電子電路、自動控制系統(tǒng)和教學(xué)實驗等領(lǐng)域。該項目目的為進行設(shè)計制作可產(chǎn)生三角波、方波、正弦波等多種特殊波形，波形的頻率可用程序控制改變的多功能信號發(fā)生器。本項目的意義、創(chuàng)新點及國內(nèi)外現(xiàn)狀（附主要參考文獻）：正弦信號發(fā)生器作為電子技術(shù)領(lǐng)域中最基本的電子儀器，廣泛應(yīng)用于航空航天測控、通信系統(tǒng)、電子對抗、電子測量、科研等各個領(lǐng)域中。隨著電子信息技術(shù)的發(fā)展，對其性能的要求也越來越高，如要求頻率穩(wěn)定性高、轉(zhuǎn)換速度快，具有調(diào)幅、調(diào)頻、調(diào)相等功能，另外還經(jīng)常需要兩路正弦信號不僅具有相同的頻率，同時要有確定的相位差。信號發(fā)生器還廣泛應(yīng)用于通信，電信，軟件等專業(yè)實驗室，為使用者提供穩(wěn)定可靠的信號源。但在建制實驗室時，由于受資金所限，沒有實現(xiàn)對每臺套實驗系統(tǒng)配備一整套的測量、調(diào)試設(shè)備，特別是“信號發(fā)生器”的欠缺，使得許多實驗項目有很大一部分不能順利開展。因此，添置實驗用信號發(fā)生器成為許多專業(yè)實驗向?qū)挾群蜕疃劝l(fā)展的重要因素，而考慮到實驗室建設(shè)經(jīng)費有限，市售動輒幾千的信號源高不可攀，而將思路轉(zhuǎn)為自制較合乎情理。二十一世紀，隨著集成電路技術(shù)的高速發(fā)展，出現(xiàn)了多種工作頻率可過 GHz 的DDS 芯片，同時也推動了函數(shù)波形發(fā)生器的發(fā)展，2003 年，Agilent的產(chǎn)品 33220A能夠產(chǎn)生 17 種波形，最高頻率可達到 20M，2005 年的產(chǎn)品N6030A 能夠產(chǎn)生高達 500MHz 的頻率，采樣的頻率可達 1.25GHz。由上面的產(chǎn)品可以看出，函數(shù)波形發(fā)生器發(fā)展很快?，F(xiàn)代，隨著集成電路技術(shù)的高速發(fā)展，出現(xiàn)了多種工作頻率可達GHz的DDS芯片，同時也推動了信號發(fā)生器的發(fā)展。目前而言，國外研究和使用的信號發(fā)生器大多要求頻率在10HZ-50MHZ，產(chǎn)生正弦、三角、鋸齒、方波、直流等波形，而國內(nèi)則對頻率在5*10HZ-40MHZ，能產(chǎn)生正弦-三角等基本波形已經(jīng)調(diào)幅、調(diào)頻、TTL等的信號發(fā)生器需求大。該系統(tǒng)以低功耗為出發(fā)點，用低功耗單片機AT89C52作為主控芯片,選用低功耗芯片AD9833為信號產(chǎn)生芯片。且使用DDS器件，具有體積很小，電路簡單的優(yōu)點，整個系統(tǒng)可以做得很小，甚至可以作為手持設(shè)備使用，這就正好滿足了當(dāng)前技術(shù)的需要。此也為這次設(shè)計的兩個創(chuàng)新點。本次項目是進行設(shè)計制作可產(chǎn)生三角波、方波、正弦波等多種特殊波形，波形的頻率可用程序控制改變的多功能信號發(fā)生器。在單片機上加外圍器件矩陣式鍵盤，通過鍵盤控制波形頻率的增減以及波形的選擇，并用了LCD顯示頻率大小。本設(shè)計具有線路簡單、結(jié)構(gòu)緊湊、價格低廉、性能優(yōu)越等優(yōu)點。 2主要研究內(nèi)容、目標(biāo)、方案及擬解決的關(guān)鍵問題：設(shè)計方案：現(xiàn)有三種較為成熟的設(shè)計方案，分別比較如下：一、基于XR-2206的模擬信號發(fā)生器設(shè)計XR-2206是由EXAR公司開發(fā)的一種單片集成函數(shù)發(fā)生器電路，能產(chǎn)生高穩(wěn)定度和高精度的正弦波、方波、三角波，該信號可受外部電壓控制，從而實現(xiàn)振幅調(diào)制和頻率調(diào)制，其工作頻率范圍是1Hz-100KHz。頻率調(diào)節(jié)可通過外圍電容容值的選取以及可變電阻的調(diào)整來實現(xiàn)。優(yōu)點：制作成本低廉，設(shè)計簡易，調(diào)節(jié)便利。缺點：不具備可編程功能，無法采用數(shù)字方式完成調(diào)節(jié)和顯示功能，可擴展性有限，不利于后續(xù)開發(fā)。二、采用MAX038和微控制器的信號源MAX038是美信公司生產(chǎn)的通用波形發(fā)生芯片，能產(chǎn)生頻率范圍從0.1Hz20MHz，峰峰值2V的方波、正弦波、三角波。較XR-2206最大的優(yōu)勢在于可以通過其A1、A0兩個引腳控制產(chǎn)生三種不同的波形，這為微控制器的引入帶來了極大的便利，而微控制器的引入，除了能夠完成信號選取的功能之外，信號性質(zhì)、調(diào)節(jié)過程均可由微控制器控制下的LCD完成顯示，只需另行搭配峰值檢測、波形成形模塊即可完成一個非常完善的信號源，所有功能均可通過控制面板調(diào)節(jié)和顯示，方便用戶使用。也便于進行后續(xù)開發(fā)。優(yōu)點：實現(xiàn)系統(tǒng)功能完整，便于二次開發(fā)，有利于畢業(yè)設(shè)計和競賽使用。缺點：隨著MAX038的停產(chǎn)，其價格居高不下，成本過于昂貴，較難體現(xiàn)自制儀器的優(yōu)越性。三、采用AD98xx基于DDS的信號源DDS（直接數(shù)字頻率合成）自1971年提出以來，隨著高速超大規(guī)模集成電路的出現(xiàn)，其應(yīng)用越來越廣泛，并且其合成信號具有輸出頻率相對帶寬較寬、頻率轉(zhuǎn)換時間短、頻率分辨率極高相位變化連續(xù)以及輸出波形靈活等優(yōu)點。其中AD公司生產(chǎn)的AD98xx系列DDS芯片售價不高、控制簡單、信號性能較好，因此使用的非常廣泛。如AD9833是一款低功耗、可編程波形發(fā)生器，能產(chǎn)生正弦波、三角波和方波輸出。各種類型的傳感、激勵和時域反射儀應(yīng)用都需要產(chǎn)生波形。輸出頻率和相位可通過軟件進行編程，以便于調(diào)諧。無需外部元件。頻率寄存器為28位；當(dāng)時鐘速率為25 MHz時，可以實現(xiàn)0.1 Hz的分辨率。同樣，當(dāng)時鐘速率為1 MHz時，可以實現(xiàn)0.004 Hz的調(diào)諧分辨率。優(yōu)點：成本低，主要工作為軟件設(shè)計，可靠性最好。缺點：在設(shè)計難度上對設(shè)計者的要求更高。綜上所述，將會采用第三種方案完成信號源的設(shè)計制作。使用型號為AT89C52的單片機作為主控芯片，采用12MHz的晶振器為89C52提供時鐘信號，使用AD9833來實現(xiàn)波形輸出，通過液晶LM6021顯示輸出的波形、頻率，通過鍵盤按鈕調(diào)整，切換波形和頻率。所需達到的技術(shù)指標(biāo)：(1) 能產(chǎn)生正弦波、三角波和方波信號，并通過按鍵切換信號類型；(2) 通過按鍵可以以一定的步進改變頻率；通過按鍵切換不同的波形； (3)輸出波形振幅是500mV3V，步進500mV。誤差為10% ；(4)輸出波形頻率是500Hz3000Hz，步進100Hz，誤差為5% ；(5)方波占空比可調(diào)。需要解決的主要問題：（1）DDS采用數(shù)字技術(shù)，先構(gòu)成離散信號再換成模擬信號輸出，尤其是要長生相位截斷誤差。因而噪聲和雜散是不可避免的。在作品研制過程中，必須盡量減少這方面的干擾。（2）雖然AT89C52單片機具有硬件SPI總線功能，但是一次只能傳輸8位數(shù) 據(jù)位，而AD9833在接收數(shù)據(jù)時是16位數(shù)據(jù)位，因此，需要用軟件模擬 SPI總線，如同軟件模擬I2C總線；(3)AD9833在接收16位數(shù)據(jù)時是高位在前，低位在后；(4)先發(fā)送控制寄存器字然后發(fā)送想要的頻率字；(5)發(fā)送數(shù)據(jù)前必須把FSYNC置成低電平，發(fā)送完以后把FSYNC置成高電平；(6)當(dāng)對AD9833初始化時，為了避免DAC產(chǎn)生虛假輸出，RESET必須置為1，直到配置完畢，需要輸出時才將RESET置為0。RESET為0后的8到9個MCLK時鐘周期就可在DAC的輸出端觀察到波形。該項目的預(yù)期目標(biāo)為用AT89C52單片機構(gòu)成的發(fā)生器，可產(chǎn)生三角波、方波、正弦波等多種特殊波形，波形的頻率可用程序控制改變。帶有信號類型、頻率、幅度LCD顯示，通過按鍵完成信號的選擇與調(diào)整。在經(jīng)費充裕的情況下，開模，組裝功能完善的信號源成品。從而可向各專業(yè)實驗室進行推廣。參考文獻：1 許慧波，張厥勝.DDS直接數(shù)字式頻率合成綜述M.西安.西安電子科技大學(xué)出版社，19892 崔建鵬，趙敏，江帆.采用DDS技術(shù)實現(xiàn)的虛擬任意波形發(fā)生器J.計算機測量與控制，2003,11（7）：5535553 李廣弟.單片機基礎(chǔ)M.北京.北京航空航天大學(xué)出版社,1994:6-284 基于DDS實現(xiàn)信號發(fā)生器 微計算機信息2007年第23卷第7-1期5 全國大學(xué)生電子設(shè)計競賽組委會編.第五屆全國大學(xué)生電子設(shè)計競賽獲獎作品選編(2001).北京:北京理工大學(xué)出版社,20036 胡漢才.單片機原理及其接口技術(shù).北京:清華大學(xué)出版社,20037 基于DDS技術(shù)的任意波形發(fā)生器研究 浙江大學(xué)王文華碩士學(xué)位論文8 基于DDS/SOPC的多路可調(diào)諧波信號發(fā)生器 電力自動化設(shè)備第28卷第11期9 姜萍,王建新,吉訓(xùn)生.FPGA實現(xiàn)的直接數(shù)字頻率合成器.電子工程師.200210 AD公司A Technical Tutorial On Digital Signal Synthesis,199911 /p-95243426.html AD9833中文資料12 函數(shù)信號發(fā)生制作的方法比較 青島遠洋船員學(xué)院學(xué)報2007年第2期3、計劃進度安排：（按文獻查閱、調(diào)研、方案設(shè)計、實驗研究、數(shù)據(jù)處理、研制開發(fā)、撰寫論文或報告、結(jié)題和答辯、論文發(fā)表等環(huán)節(jié)安排時間進度）2011年11月1日-11月20日 完成文獻查閱與方案設(shè)計，并于20號上交立項申請表格。2011年11月20日-2012年1月 進行實驗研究與相關(guān)知識的積累與強化。2011下半學(xué)年到學(xué)院要求的結(jié)題日期，完成研制開發(fā)，作品成型，并撰寫報告。其中2011下半學(xué)年主要進行作品的研發(fā)制作。結(jié)題后根據(jù)學(xué)院的安排進行答辯與論文發(fā)表。4與本項目有關(guān)的工作條件（包括已有工作基礎(chǔ)、實驗條件等）： 51單片機學(xué)習(xí)板模塊； AD9833芯片； 示波器； 電烙鐵，焊槍，夾線鉗等電路制作焊接的工具；LM6021液晶顯示器； 導(dǎo)線等 5預(yù)期成果形式和效益：（成果類別：自然科學(xué)學(xué)術(shù)論文、社會科學(xué)類調(diào)查報告和學(xué)術(shù)論文、科技發(fā)明制作等3類，成果形式：論文、軟件開發(fā)、專利、研究或調(diào)研報告、課件等）成果類別: 科技發(fā)明制作 成果形式：設(shè)計、產(chǎn)品研制 完成的作品能夠用到實驗室，為教學(xué)、科研服務(wù)。6經(jīng)費預(yù)算（單位：元）： 合 計研究和開發(fā)