電子系統(tǒng)設(shè)計課程設(shè)計》報告--波形發(fā)生器

1、.電子系統(tǒng)設(shè)計課程設(shè)計項目設(shè)計書項目名稱 波形發(fā)生器小組成員1 *小組成員2 *專 業(yè) 電子信息科學(xué)與技術(shù)任課教師 *成都理工大學(xué)信科院電子系2013年 6月;l 項目名稱及其應(yīng)用背景 在波形發(fā)生器是一種廣泛運用于電子電路、自動控制和科學(xué)實驗等領(lǐng)域的信號源，很多現(xiàn)代電子設(shè)備和系統(tǒng)的功能和性能直接依賴于信號源的性能，所以高品質(zhì)的波形發(fā)生器漸漸的顯現(xiàn)出了它的重要地位，傳統(tǒng)的波形發(fā)生器一般只產(chǎn)生正弦波、方波、三角波等，但隨著科技的發(fā)展，對各種各樣的波形都產(chǎn)生了需求，在特定的場合還會需要有任意波形的產(chǎn)生。而波形的產(chǎn)生方法也在不斷進步中，由以前的分離元件搭建振蕩電路，到集成器件，再到頻率合成技術(shù)的出現(xiàn)，

2、產(chǎn)生的波形品質(zhì)在不斷的提高，頻率范圍、穩(wěn)定度，分辨率等都有巨大的提升。l 項目設(shè)計需求設(shè)計制作一個波形發(fā)生器，該波形發(fā)生器能產(chǎn)生正弦波、方波、三角波和由用戶編輯的特定形狀波形。示意圖如圖1.3.5所示。圖1.3.5 波形發(fā)生器方框圖l 設(shè)計方案技術(shù)方案分析波形的產(chǎn)生方案：方案一：用分離元件構(gòu)成RC振蕩器，然后再經(jīng)波形變換輸出正弦波、三角波和方波，該方案的缺點是：要做的輸出頻率可調(diào)且步進100、輸出頻率范圍100200k，需要十位的數(shù)字電位器，在進行三種波形的線性組合時要用三組器件分別產(chǎn)生三種波形再用摸擬方式進行疊加，結(jié)構(gòu)復(fù)雜調(diào)試難度較大。方案二：采用集成波形發(fā)生器芯片，該方案的好處是頻率可以做

3、很高，范圍也可以很寬，比如MAX038,頻率范圍為0.1Hz-20MHz,且能很方便的進行調(diào)幅，波形的穩(wěn)定度較高，能產(chǎn)生正弦波、三角波、鋸齒波和方波，但缺點是只有一個輸出端口，不能進行各種波形的線性組合。方案三：采用微處理器（如MSP430）的PWM輸出，再進行低通濾波生成波形，由于是數(shù)字方式，可以很方便的產(chǎn)生任意波形，且不用外接DA,但由于微處理器能提供的時鐘頻率經(jīng)該方案生成的波形頻率范圍不大，且需要一直占用微處理器的邏輯算數(shù)單元，便不能再對鍵盤和顯示器件等進行控制了，所以對于該項目的指標(biāo)很難達到。方案四：采用直接數(shù)字合成技術(shù)（DDS）,該方法能方便的合成任意波形的信號，且頻率范圍寬，分辨率

4、高，如AD9850能產(chǎn)0.0291Hz-50MHz的信號，分辨率高達0.0291Hz，但一般芯片只產(chǎn)生正弦波，且性能富余太多。方案五：采用微處理器（如MSP430）加DA模擬DDS的原理產(chǎn)生波形， 由于是數(shù)字方式，可以很方便的產(chǎn)生任意波形，但需要一直占用微處理器的邏輯算數(shù)單元，便不方便再對鍵盤和顯示器件等進行控制了，但可以采用一個微處理器產(chǎn)生波形，一個微處理器控制。綜合幾種方案的優(yōu)缺點，我們選擇了第五種方案，經(jīng)分析，認(rèn)為只要時序把握的好就可以實現(xiàn)一個微處理器既產(chǎn)生波形又控制。l 系統(tǒng)設(shè)計框圖及原理闡述1. 系統(tǒng)功能框圖顯示部分分 （1602）DA控制幅值按鍵部分控制器MSP430F149功率放

5、大及輸出輸出DA轉(zhuǎn)換波形輸出（產(chǎn)生波形）濾波部分2. 系統(tǒng)電路圖l 波形輸出電路：430預(yù)先儲存好波形數(shù)據(jù)，然后通過內(nèi)部計時器觸發(fā)波形數(shù)據(jù)輸出到DA轉(zhuǎn)換器，轉(zhuǎn)換成模擬波形。以下是電路圖:l 幅值調(diào)整電路分析：幅值控制也是以DA來實現(xiàn)鍵控，檢測按鍵調(diào)整430輸出的數(shù)據(jù)，實現(xiàn)輸出電壓變化，以作為波形電路DA的參考電壓。以下是電路：l 控制部分：采用MSP430F149最小系統(tǒng)以下是電路：l 濾波部分：由于DA的量化誤差和轉(zhuǎn)換臺階的存在，輸出波形不平滑，其中轉(zhuǎn)換臺階誤差主要是高頻信號，所以需要采用低通濾波器將高頻分量濾掉。二階低通有源濾波器就能達到效果。以下是電路：l 按鍵部分：采用五個獨立按鍵，可

6、以控制輸出波形選擇，模式轉(zhuǎn)換，頻率調(diào)節(jié)，幅值調(diào)節(jié)；想要按鍵工作穩(wěn)定需要加上拉電阻，還要消抖，消抖可以軟件實現(xiàn)，也可以再按鍵兩端并聯(lián)一個電容硬件實現(xiàn)。以下是電路：l 顯示部分：采用液晶1602顯示輸出波形、幅值、頻率，也方便鍵控調(diào)整。l 功率放大部分：由于輸出為濾波器運放輸出端，輸出電阻很小，但是輸出電路也很小，驅(qū)動能力不強，想要增加驅(qū)動能力，需要增加驅(qū)動電路來放大電流信號。電路圖如下：l 穩(wěn)幅部分：由于電路存在各種噪聲和影響，會導(dǎo)致輸出波形的不準(zhǔn)確和不穩(wěn)定，所以需要添加負反饋。采用MSP430F149內(nèi)部AD采集輸出波形峰值，然后和鍵控數(shù)據(jù)比較，反饋到微處理器實現(xiàn)負反饋，保證輸出波形的穩(wěn)定和鍵

7、控的準(zhǔn)確。l 程序設(shè)計詳見附頁l 系統(tǒng)檢測數(shù)據(jù) 試驗或測試方案說明1波形產(chǎn)生的測試：輸出接示波器，看能否輸出三種波形。2 輸出峰峰值步進0.1mv:用按鍵改變輸出的峰峰值，輸出接示波器，看能否達到0.1mv的步進。3 頻率100Hz20kHz，步進100Hz:接示波器，看是否達到指標(biāo)。4負載特性的測試：負載接在100+測量輸出的變化。此次測試我們采集了圖片，一下是部分波形圖片： 方波 三種波形疊加 方波 正弦波l 結(jié)論與系統(tǒng)設(shè)計感想該課程設(shè)計其實是一個全國高等電子設(shè)計大賽的題目，做之前我們首先查閱了很多相關(guān)資料，熟悉了解了DDS芯片的原理框架和實現(xiàn)過程，并且針對具體設(shè)計方案我們進行了多次討論很合理論證，最終選定了此方案，選定方案后，我們又根據(jù)方案選定具體元件的型號，然后我們就分工，一部分做軟件，一部分做硬件。在做的具體過程中會遇到一系列實際問題，我們也會互相探討想辦法解決。總之經(jīng)過這次課程設(shè)計我們學(xué)到了很多東西，一個系統(tǒng)前期必須要有資料的收集過程和方案討論過程，根據(jù)具體指標(biāo)和硬件成本等角度考慮敲定最終方案，在做系統(tǒng)的過程當(dāng)中也