函數(shù)信號(hào)發(fā)生器設(shè)計(jì)方案

函數(shù)信號(hào)發(fā)生器設(shè)計(jì)方案函數(shù)信號(hào)發(fā)生器設(shè)計(jì)方案函數(shù)信號(hào)發(fā)生器設(shè)計(jì)報(bào)告1/9函數(shù)發(fā)生器設(shè)計(jì)報(bào)告摘要:AT89C52單片機(jī)構(gòu)成的發(fā)生器，可產(chǎn)生三角波、方波、正弦波等多LCDTLC7528進(jìn)展DA轉(zhuǎn)換，再通過運(yùn)放進(jìn)展波形調(diào)整，最終輸出波形接在示波器上顯示。本設(shè)計(jì)具有線路簡(jiǎn)潔、構(gòu)造緊湊、價(jià)格低廉、性能優(yōu)越等優(yōu)點(diǎn)。關(guān)鍵詞：信號(hào)發(fā)生器；單片機(jī)；波形調(diào)整FunctionGeneratorAbstract:Thedesigniscomposedofsingle-chipAT89C52generatorcanproducethetriangularwave,squarewave,sinewave,etc.,waveformcontrolcanbeusedtochangethefrequency.Increaseinsingle-chipperipheraldevicesonstand-alonekeyboard,thekeyboardcontrolthroughchangesinwavefrequencyandthechoiceofwaveform,andfrequencyofthesizeofLCDdisplay.OutputportsintheMCUaccesstoDAconverterTLC7528,andthenthroughtheoperationalamplifiertoadjustthewaveform,thenthefinaloutputwaveformintheoscilloscopedisplay.Thedesignofsimplelines,compactstructure,lowcost,theadvantagesofsuperiorperformance.Keywords:signalgenerator;singlechip;waveformadjustment設(shè)計(jì)任務(wù)特定外形波形。能夠產(chǎn)生正弦波、方波、三角波頻率范圍：100～1MHZ，頻率步進(jìn)≤100Hz輸出電壓范圍：0～5V，電壓步進(jìn)≤0.1V以上參數(shù)在負(fù)載為50Ω測(cè)量方波能夠調(diào)整占空比不得使用專用DDS芯片以及專用信號(hào)發(fā)生芯片能夠顯示頻率和電壓三、方案設(shè)計(jì)和論證：依據(jù)題目的要求，我們一共提出了三種設(shè)計(jì)方案，分別介紹如下：1ICL8038，產(chǎn)生頻率受控可變的正弦波，可實(shí)現(xiàn)數(shù)控頻率調(diào)整。通過D/A和5G353進(jìn)展輸出信號(hào)幅度的把握。輸出信號(hào)的頻率、幅度參數(shù)由4x46位LED顯示，用戶設(shè)置信息的存儲(chǔ)由24C01完成。2由8M晶振產(chǎn)生的信號(hào)，經(jīng)8253分頻后，產(chǎn)生100Hz的方波信號(hào)由鎖相環(huán)CD4046和8253進(jìn)行N分頻，輸出信號(hào)送入正弦波產(chǎn)生電路和三角波產(chǎn)生電路，其中正弦波承受查表方式產(chǎn)生。計(jì)數(shù)器的輸出作為地址信號(hào)，并將存儲(chǔ)器 2817的波形數(shù)據(jù)讀出，送DAC0832進(jìn)展D/A轉(zhuǎn)換，輸出各種電壓波形，并經(jīng)過組合，可以得到各種波形。輸出信號(hào)的幅度由0852進(jìn)行調(diào)整。系統(tǒng)顯示界面承受16字x1行液晶，信號(hào)參數(shù)由4x4位鍵盤輸入，用戶設(shè)置信息的存儲(chǔ)由24C01完成。3256個(gè)采樣點(diǎn)，通過2DA別為DAC0832,TLC7528。由DAC0832的輸出電壓作為TLC7528的參考電壓，這樣就可以8MF2735F283以及LS164組成的周密相位累加器，通過高速D/A變換器和RAM產(chǎn)生正弦波形，這個(gè)數(shù)字正弦波經(jīng)過一個(gè)模擬濾波器后，得到最終的模擬信號(hào)波形。通過高速D/A產(chǎn)生數(shù)字正弦數(shù)字波形和正弦波與一門限進(jìn)展比較得到方波時(shí)鐘信號(hào)。通過相位累加器來實(shí)現(xiàn)多種波形的同相位輸出，并可以連續(xù)地轉(zhuǎn)變頻率。輸出信號(hào)幅度由DAC0832進(jìn)展數(shù)字把握。用戶設(shè)置信息的存儲(chǔ)由SRAM6264完成。下面對(duì)三種方案的性能特點(diǎn)和實(shí)現(xiàn)的難易等作一些具體分析與比較。1、方案一構(gòu)造比較簡(jiǎn)潔，但由于ICL8038自身的限制，承受了RC振蕩器，故輸出頻率穩(wěn)10-3數(shù)量級(jí)。方案二承受石英晶體振蕩器和數(shù)字鎖相環(huán)技術(shù)，而一般石英晶體振蕩器的頻率穩(wěn)定性優(yōu)于10-5，故輸出信號(hào)的頻率穩(wěn)定性指標(biāo)得以保證。方案三同樣承受石英晶體振蕩器、周密的相位累加器，頻率穩(wěn)定性指標(biāo)同樣優(yōu)于10-5。到達(dá)題目的要求。2、方案一由于壓控振蕩器F/V的線性范圍有限，頻率步進(jìn)的步長(zhǎng)把握比較困難，難以保證1000倍的頻率掩蓋系數(shù)。方案二承受集成鎖相環(huán)404682531000倍的DA1000倍的線性頻率掩蓋。3、方案一的把握顯示系統(tǒng)比較簡(jiǎn)潔，六位LED的顯示系統(tǒng)制作比較簡(jiǎn)潔，但難以顯示系統(tǒng)輸出信號(hào)的具體信息，使用時(shí)操作難度比較大，人機(jī)界面比較難懂。方案二和方案三承受16字符x1行的液晶，菜單式操作方法，要求有比較高的硬件制作水平和軟件編程技術(shù)，但可以具體的顯示波形，占空比，信號(hào)幅度等信息。人機(jī)界面友好，操作便利。而且通過軟件編程把握使系統(tǒng)輸出信號(hào)的頻率、波形預(yù)置變的格外簡(jiǎn)潔。4、方案一的ICL8038可以產(chǎn)生比較準(zhǔn)確的波形。方案二通過實(shí)時(shí)查詢輸出正弦波，雖然我100個(gè)點(diǎn)，但在要求較高的場(chǎng)合，可以通過對(duì)每個(gè)波形取更多個(gè)E2PROM中存儲(chǔ)了1024個(gè)波形點(diǎn)，可以供給格外準(zhǔn)確的波形。在200KHz的時(shí)候，照舊能夠?qū)γ總€(gè)波形供給8個(gè)點(diǎn)，通過濾波器后，同樣會(huì)具有良好的波形。5、方案一和方案二的頻率變換時(shí)間主要是它的反響環(huán)處理時(shí)間和壓控振蕩器的響應(yīng)時(shí)間1ms。而方案三的頻率變換時(shí)間主要是數(shù)字處理延遲，通常為幾十個(gè)ns。出線性度好、頻率區(qū)分率高、波形準(zhǔn)確、頻率變換時(shí)間小、相位噪聲小、人機(jī)界面友好，易于把握等優(yōu)點(diǎn)，性能優(yōu)良。是本次設(shè)計(jì)的抱負(fù)設(shè)計(jì)方案。6、方案三的具體電路實(shí)現(xiàn)：以8M有源晶振作為參考源，通過F273，F(xiàn)283以及LS164組成的周密相位累加器和數(shù)字信號(hào)處理，通過高速D/A變換器DAC08322817E2ROM產(chǎn)生正弦波形，三角波形和任意波形。正弦信號(hào)頻率計(jì)算：我們是通過采樣256個(gè)點(diǎn)來輸出正弦信號(hào)，面在低頻時(shí)要求DA到達(dá)256MHz，而DA的速度達(dá)不到，所以加上高頻，到高頻段，DA自動(dòng)漏點(diǎn)使采樣點(diǎn)數(shù)為8個(gè)，這樣DA8MHz,DA速度是能到達(dá)的，只是輸出的波形有確定的失真，5個(gè)F28320F283就不行,由于8M216128Hz,100Hz,5F283，同時(shí)進(jìn)展17們的累加使步長(zhǎng)頻率為64Hz,這樣就能到達(dá)要求的步長(zhǎng)頻率。相位累加器的輸出作為正弦查找表、三角波查找表和用戶自定義波形查找表〔均為E2PROM2817〕的查找地址。查找表中的每個(gè)地址代表一個(gè)周期的波形的一個(gè)相位點(diǎn)，每相位點(diǎn)對(duì)應(yīng)一個(gè)量化振幅值。因信息，這個(gè)數(shù)字振幅值就作為D/A變換器的輸入。數(shù)字正弦波經(jīng)過一個(gè)模擬濾波器后，得到最終的模擬信號(hào)波形。通過高速DAC產(chǎn)生數(shù)字正弦數(shù)字波形和三角數(shù)字波形，數(shù)字正弦波通過帶通濾波器后得到一個(gè)對(duì)應(yīng)的模擬正弦TLC7524數(shù)控衰減器完成，幅度數(shù)碼由單片機(jī)通過總線尋址方式輸微把握器系統(tǒng)由89C52最小系統(tǒng)，4x4位鍵盤輸入，字符型液晶顯示器以及相應(yīng)的譯碼、驅(qū)動(dòng)電路構(gòu)成。液晶顯示承受菜單顯示方式，顯示直觀，操作便利，人機(jī)界面格外友好。五、電路設(shè)計(jì)與制作電路總圖如下：各模塊具體設(shè)計(jì)：1這一局部電路是整個(gè)波形發(fā)生系統(tǒng)的核心，包括ICF273F283+LS164。它由5個(gè)加法器F2838位相位存放器F273〔24位相位存放器〕和2個(gè)串行--并行地址轉(zhuǎn)換LS164增量存放器的相位增量MM為00...0100...00。這時(shí)在每個(gè)時(shí)鐘周期，相位累加器都要加上00...01n172^17個(gè)時(shí)鐘周期才能恢復(fù)初值。2、三種波形〔正弦波、三角波和用戶自定義波形〕發(fā)生相位累加器的輸出作為正弦查找表、三角波查找表和用戶自定義波形查找表〔均為E2PROM2817〕的查找地址。查找表中的每個(gè)地址代表一個(gè)周期的波形的一個(gè)相位點(diǎn)，每個(gè)相位點(diǎn)對(duì)應(yīng)一個(gè)量化振幅值。因此，這個(gè)查找表相當(dāng)于一個(gè)相位／振幅變換器，它將相位累加器的相位信息映射成數(shù)字振幅信息，這個(gè)數(shù)字振幅值就作為D/A變換器的輸入。設(shè)n=17,M=1,這個(gè)相應(yīng)的輸出信號(hào)頻率等于時(shí)鐘頻率除以2^17M=2，輸出頻率就1倍。對(duì)于一個(gè)n-bit2n個(gè)可能的相位點(diǎn)，相位增量存放器中把握字M就是在每個(gè)時(shí)鐘周期被加到相位累加器上的值。假設(shè)時(shí)鐘頻率為fc，那么輸出信f0M*fc/2^n數(shù)字正弦波經(jīng)過一個(gè)模擬濾波器后，得到最終的模擬信號(hào)波形。通過高速DAC產(chǎn)生數(shù)字正弦數(shù)字波形和三角數(shù)字波形以及方波。六、軟件設(shè)計(jì)七、系統(tǒng)調(diào)試1、我們只做了產(chǎn)生正弦波的電路板，由于沒有做低通濾波器，所以是在示波器上進(jìn)展濾波的。調(diào)試方法和過程：承受分別調(diào)試各個(gè)單元模塊,調(diào)通后再進(jìn)展各單元電路聯(lián)機(jī)統(tǒng)調(diào)的方法,提高調(diào)試效率。軟件局部調(diào)試本機(jī)的軟件主要功能是完成人機(jī)接口，因此編程的時(shí)候把界面的友好性放在首位承受主從菜單式的操作方法。由于對(duì)51系列單片機(jī)編程比較生疏，在軟件的仿真調(diào)試過程中沒有遇到太大的問題。各軟件功能均正常實(shí)現(xiàn)。硬件局部調(diào)試來的是噪聲，輸出頻率到達(dá)了9MHz，所以認(rèn)為是不正確的，于是用萬用表檢查電路，覺察本身164沒工作，于是寫一段程序進(jìn)展測(cè)試，結(jié)果覺察該高電平輸出的引腳卻是低電平，心此推斷164