基于DDS函數(shù)信號(hào)發(fā)生器設(shè)計(jì)方案

- 1 - 基于 數(shù)信號(hào)發(fā)生器設(shè)計(jì)方案 一、 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 言 本函 數(shù) 信 號(hào)發(fā) 生器主要由 片 產(chǎn) 生 我們 希望的正弦波，然后通 過(guò)芯片內(nèi) 部自 帶 的高速比 較 器得到方波，再 將 方波通 過(guò) 外 圍 的 積 分 電 路得到最后的三角波。 綜 合分析以上四 種實(shí)現(xiàn) 方法的性?xún)r(jià)比，采用 片 設(shè)計(jì) 函 數(shù)信 號(hào)發(fā) 生器。以 51單 片機(jī) 為 控制核心，一方面， 對(duì) 率相位控制字 進(jìn)行控制， 產(chǎn) 生所需要的正弦波形。另一方面， 對(duì) 液晶 行控制，通 過(guò)菜 單 的模式， 選擇 所需要的 頻 率 輸 出方式。采 用獨(dú) 立式 鍵盤(pán)輸 入相 應(yīng) 的操作命令，使得整 個(gè) 設(shè)計(jì)顯得 更加直 觀 明了。 硬件 電 路主要由 核心的 塊 、 單 片機(jī) 為 核心的按 鍵 示控制模 塊 、 濾 波模 塊 、 供電 模 塊 、通信模 塊 等構(gòu)成。首先，通 過(guò)供電 模 塊給 系 統(tǒng)上 電 ，然后，把 編寫(xiě) 好的程序通 過(guò) 通信模 塊 下 載 到 單 片機(jī)中，最后，通 過(guò) 液晶和獨(dú) 立式 鍵盤(pán)進(jìn) 行菜 單 式的操作， 單 片機(jī) 對(duì) 行控制， 進(jìn) 而 輸 出所需要的頻 率。 核心的 塊 基本原理及性能特 點(diǎn) 的基本原理是利用采 樣 定理，通 過(guò) 查表法 產(chǎn) 生波形。的 結(jié)構(gòu)有很多種，其基本的 電 路原理可用 圖 3 來(lái) 表示。 - 2 - 相位累加器由位加法器與位累加寄存器 級(jí)聯(lián) 構(gòu)成。 每 來(lái) 一 個(gè)時(shí)鐘脈沖，加法器 將頻 率控制字與累加寄 存器輸 出的累加相位 數(shù) 據(jù)相加，把相加后的 結(jié) 果送至累加寄存器的 數(shù) 據(jù) 輸 入端。累加寄存器 將 加法器在上一 個(gè)時(shí)鐘脈沖 作用后所 產(chǎn) 生的新相位 數(shù) 據(jù)回 饋 到加法器的 輸 入端，以使加法器在下一 個(gè)時(shí)鐘脈沖的作用下 繼續(xù) 與 頻 率控制字相加。 這樣 ，相位累加器在 時(shí)鐘 作用下，不 斷對(duì)頻 率控制字 進(jìn) 行 線(xiàn) 性相位累加。 由此可以看出， 相位累加器在每一 個(gè)時(shí)鐘脈沖輸 入時(shí) ，把 頻 率控制字累加一次，相位累 加器輸 出的 數(shù) 據(jù)就是合成信 號(hào) 的相位，相位累加 器的溢出 頻 率就是 輸 出的信 號(hào)頻 率。 用相位累 加器輸 出的 數(shù) 據(jù)作 為波形內(nèi) 存（）的相位取 樣 地址， 這樣 就可把存 儲(chǔ) 在波形 內(nèi) 存 內(nèi) 的波形抽 樣值 （二 進(jìn) 制 編碼 ） 經(jīng) 查找表查出，完成相位到幅值 轉(zhuǎn)換 。波形 內(nèi) 存的 輸 出送到 轉(zhuǎn)換 器， 轉(zhuǎn)換 器 將數(shù) 字量形式的波形幅值 轉(zhuǎn)換 成所要求合成 頻 率的模 擬 量形式信 號(hào) 。低通 濾 波器用于 濾 除不需要的取 樣 分量，以便 輸 出 頻譜純凈 的正弦波信 號(hào) 。 在相 對(duì)帶寬 、 頻 率 轉(zhuǎn)換時(shí)間 、高分辨力、相位 連續(xù) 性、 正交 輸 出以及集成化等一系列性能指標(biāo) 方 面 遠(yuǎn)遠(yuǎn) 超 過(guò)了傳統(tǒng)頻 率合成技 術(shù) 所能 達(dá)到的水平， 為 系 統(tǒng) 提供了優(yōu) 于模 擬 信 號(hào) 源的性能。 （） 輸 出 頻 率相 對(duì)帶寬較寬 輸 出 頻 率 帶寬為 s（ 理論 值）。但考 慮 到低通 濾 波器的特性和 設(shè)計(jì)難度以及 對(duì)輸 出信 號(hào)雜 散的抑制， 實(shí)際 的 輸 出 頻 率 帶寬 仍能 達(dá) 到 s。 （） 頻 率 轉(zhuǎn)換時(shí)間 短 是一 個(gè)開(kāi)環(huán) 系 統(tǒng) ， 無(wú) 任何反 饋環(huán)節(jié) ， 這 種 結(jié) 構(gòu)使得的 頻 率 轉(zhuǎn)換時(shí)間 極短。事 實(shí) 上，在的 頻 率控制字改 變 之后，需 經(jīng)過(guò) 一 個(gè)時(shí)鐘 周期之后按照新的相位增量累加，才能 實(shí)現(xiàn)頻 率的 轉(zhuǎn)換 。因此， 頻 率 轉(zhuǎn)換 的 時(shí)間 等于 頻 率控制字的 傳輸時(shí)間 ，也就是一 個(gè)時(shí)鐘 周期的 時(shí)間 。 時(shí)鐘頻 率越高， 轉(zhuǎn)換時(shí)間 越短。 - 3 - 的 頻 率 轉(zhuǎn)換時(shí)間 可 達(dá)納 秒 數(shù) 量 級(jí) ，比使用其它的 頻 率合成方法都要短 數(shù)個(gè)數(shù) 量 級(jí)。 （） 頻 率分辨率極高 若 時(shí)鐘 s 的 頻 率不 變 ，的 頻 率分辨率就由相位累加器的位 數(shù) 決定。 只要增加相位累加器的位 數(shù) 即可 獲 得更小的 頻 率分辨率。目前，大多 數(shù) 的分辨率在 數(shù) 量 級(jí) ， 許 多小于甚至更小。 （）相位 變 化 連續(xù) 改 變 輸 出 頻 率， 實(shí)際 上改 變 的每一 個(gè)時(shí)鐘 周期的相位增量，相位函 數(shù)的 曲線(xiàn) 是 連續(xù)的， 只是在改 變頻 率的瞬 間 其 頻 率 發(fā) 生了突 變 ，因而保持了信 號(hào) 相位的 連續(xù) 性。 （） 輸 出波形的 靈 活性 只要在 內(nèi) 部加上相 應(yīng) 控制如 調(diào)頻 控制、 調(diào) 相控制和 調(diào) 幅控制，即可以方便 靈 活地 實(shí)現(xiàn)調(diào)頻 、 調(diào) 相和 調(diào) 幅功能， 產(chǎn) 生、和等信 號(hào) 。另外，只要在的波形 內(nèi) 存存放不同波形 數(shù) 據(jù)， 就可以 實(shí)現(xiàn) 各種波形 輸 出， 如三角波、 鋸齒波 和矩形波甚至是任意的波形。 當(dāng) 的波形 內(nèi) 存分 別 存放正弦和余弦函 數(shù)表時(shí) ，既可得到正交的 兩 路 輸 出。 （）其它優(yōu) 點(diǎn) 由于中幾乎所有部件都 屬于數(shù) 字 電 路， 易于集成， 功耗低、體 積 小、重量 輕 、可靠性高，且易于程控，使用相 當(dāng)靈 活，因此性?xún)r(jià)比極高。 用 系 統(tǒng)采 用了美 國(guó) 仿真器件公司采用先 進(jìn) 接 數(shù) 字 頻 率合成技 術(shù) 生 產(chǎn)的高集成度 產(chǎn) 品 片。 在 基 礎(chǔ) 上，做了一些改 進(jìn)以后生成的具有新功能的 片。 對(duì) 于 內(nèi)部結(jié) 構(gòu)，只是多了一 個(gè) 6 倍 參考時(shí)鐘 倍乘器， 當(dāng) 系 統(tǒng)時(shí)鐘為 180 ，在 參考時(shí)鐘輸 入端，只 需輸 入 30 參考時(shí)鐘 即可。如 圖 4（ 部結(jié) 構(gòu)）所示， 由 數(shù) 據(jù) 輸 入寄存器、 頻 率 /相位寄存器、具有 6 倍 參考時(shí)鐘 倍乘器的 片、10 位的模 /數(shù)轉(zhuǎn)換 器、 內(nèi) 部高速比 較 器 這 幾 個(gè) 部分 組 成。其中具有 6 倍 參考時(shí)鐘 倍乘器的 片是由 32 位相位累加器、正弦函 數(shù) 功能查找表、 D/A 變換 - 4 - 器以及低通 濾 波器集成到一起。 這個(gè) 高速 片 時(shí)鐘頻 率可 達(dá) 180 輸出 頻 率可 達(dá) 70 辨率 為 原理 以 產(chǎn) 生一 個(gè)頻譜純凈 、 頻 率和相位都可 編 程控制且 穩(wěn) 定性很好的模 擬 正弦波， 這個(gè)正 弦波能 夠 直接作 為基 準(zhǔn)信 號(hào) 源，或通 過(guò)其內(nèi) 部高速比 較 器 轉(zhuǎn)換 成 標(biāo) 準(zhǔn) 方波 輸 出，作 為靈 敏 時(shí)鐘發(fā) 生器 來(lái) 使用。 各引 腳 功能如下，引 腳 排列，如 圖 5 ： 8 位 數(shù) 據(jù) 輸 入口，可 給內(nèi) 部寄存器 裝入 40 位控制 數(shù) 據(jù)。 6 倍 參考時(shí)鐘 倍乘器地。 6 倍 參考時(shí)鐘 倍乘器 電 源。 裝入 信 號(hào) ，上升沿有效。 頻 率更新控制信 號(hào) ， 時(shí)鐘 上升沿確 認(rèn)輸 入 數(shù) 據(jù)有效。 部 參考時(shí)鐘輸 入。 - 5 - 沖 序列可直接或 間 接地加到 6 倍 參考時(shí)鐘 倍乘器上。在直接方式中， 輸 入 頻 率即是系 統(tǒng)時(shí)鐘 ；在 6 倍 參考時(shí)鐘 倍乘器方式， 系 統(tǒng)時(shí)鐘為 倍 乘器輸 出。 擬 地。 擬電 源 (+5 )。 數(shù) 字地。 數(shù) 字 電 源 (+5 )。 部復(fù)位 連 接端。 內(nèi) 部比 較器負(fù) 向 輸 出端。 內(nèi) 部比 較 器正向 輸 出端。 內(nèi) 部比 較 器的 負(fù) 向 輸 入端。 內(nèi) 部比 較 器的正向 輸 入端。 路 連 接端。 “互 補(bǔ) ” 出。 內(nèi) 部 出端。 圖 5 位端。 低 電平 清除 加器和相位延 遲 器 為 0 0 相位，同 時(shí)置 數(shù) 據(jù) 輸 入 為串 行模式以及禁止 6 倍 參考時(shí)鐘 倍乘器工作。 本系 統(tǒng) 中的 應(yīng) 用 由于 貼 片式的體 積 非常小，引 腳 排列比 較 密，焊接 時(shí) 必 須 小心 ，還 要防 靜電 ，焊接不好就很容易把芯片 給燒 壞。 還 有在使用中 數(shù) 據(jù) 線(xiàn) 、 電 源等接反或接 錯(cuò) 都很容易 損 壞芯片。此外， 為 了不受外界干擾，添加了不少的 濾 波 電 路，顯得 整 個(gè)電 路完美。 并行和串行 兩 種控制方式，本 設(shè)計(jì) 中采用并行控制方式，在并行輸 入方式下，通 過(guò) 8 位 總線(xiàn) 外部控制字 輸 入到寄存器，在 W 輸 入 時(shí)鐘 ）的上升沿 裝入 第一 個(gè) 字 節(jié) ，并把指 針 指向下一 個(gè)輸 入寄存器， 連續(xù) 5個(gè) W 入 5個(gè) 字 節(jié)數(shù) 據(jù) 到輸 入寄存器后， W 沿就不再起作用。然后在 頻 率更新 時(shí)鐘 ）上升沿到 來(lái)時(shí)將這 40 位 數(shù) 據(jù) 從輸 入寄存器 - 6 - 裝入 到 頻 率相位寄存器， 這時(shí) 頻 率和相位更新一次，同 時(shí)把 地址指 針復(fù)位到第一 個(gè)輸 入寄存器以等待下一次的 頻 率相位控制字 輸 入。 圖 6 即 為 入 時(shí) 序。 并行方式由 5組 8位控制字反復(fù)送入，前 8位控制 輸 出相位、 6倍 參考時(shí)鐘倍 頻 器、 電 源休眠和 輸 入方式，其余各位構(gòu)成 32位 頻 率控制字。 圖 6 計(jì) 中的 應(yīng) 用 電 路 圖 ，如 圖 7 所示： 4V+5V+5V +. 波 輸 出100 - 7 - 單 片機(jī) 為 核心的按 鍵 示控制模 塊 核心的控制器 為 了 節(jié)約 成本，本 電 路中采用 44 腳 的 單 片機(jī)， 該 系列 單 片機(jī)是 51單 片機(jī)中增 強(qiáng) 型 單 片機(jī)，它體 積 小，工作 穩(wěn) 定可靠，功耗低，抗干擾能力 強(qiáng) 等優(yōu)點(diǎn) ，使得本 設(shè)計(jì) 能 順 利地完成。本 電 路中主要使用了 該單 片機(jī)的 及部分 位 數(shù) 據(jù)口相 連 接，以便 對(duì) 液晶 進(jìn) 行 讀寫(xiě) 操作； 是與 8 位 數(shù) 據(jù)口相 連 ， 對(duì)頻 率、相位控制字 進(jìn) 行控制； 與液晶的控制引 腳 R/W、 ，其余 5位是和 獨(dú) 立式 鍵盤(pán) 接； 中 是與 、 10引 腳 相 連 ， 從 而 進(jìn) 行串口通信， 和 （ 22）相 連 ， 別 與 個(gè) 控制引 腳 相 連 ，另外 ，還 有 單 片機(jī)的第 4 引 腳 與一些阻容 組 件構(gòu)成系 統(tǒng) 的復(fù)位 電 路，以及 14、 15 引 腳與外部的 無(wú) 源晶振構(gòu)成 系 統(tǒng) 振 蕩電 路 ，還 有 16、 38 引 腳 是與 電 源相 連 接。以上即 為 在本 電 路中的使用分配情 況 。 示部分 由于本設(shè)計(jì)采用帶中文字庫(kù)的液晶，使得整個(gè)系統(tǒng)運(yùn)行顯得更加直觀明了，它具有串行、并行兩種控制方式，本設(shè)計(jì)采用 8 位并行接口方式。 1、引 腳說(shuō) 明及在 電 路中的 連 接方式 管 腳號(hào) 管 腳 名 稱(chēng) 電平 管 腳 功能描述 1 V 電 源地 2 V 電 源正 3 對(duì) 比度（亮度） 調(diào) 整 4 S） H/L H” ,表示 數(shù) 據(jù) L” ,表示 指令 數(shù) 據(jù) 5 R/W(H/L R/W=“ H” ,E=“ H” ,數(shù) 據(jù)被 讀到 “ L” ,E=“ H L” , 據(jù) 被寫(xiě)到 R 6 E(H/L 使能信 號(hào) 7 ： 8 位或 4 位并口方式， L：串口方式（ 見(jiàn) 注 釋1） 16 空 腳 17 /，低 電平 有效（ 見(jiàn) 注 釋 2） 18 端 19 A 光源正端（ +5V）（ 見(jiàn) 注 釋 3） 20 K 光 源負(fù) 端（ 見(jiàn) 注 釋 3） 1、 2 引 腳 分 別 與 電 源相 連 接； 3 號(hào) 引 腳 接 電 位器的中 間 部分； 4、 5、 6 引 腳是與 單 片機(jī)的 連； 由于采用 該液 晶的 8 位并行接口方式，所以 7 14引 腳 與 單 片機(jī)的 ， 進(jìn) 行 數(shù) 據(jù) 傳輸 ； 16腳懸 空； 15、 17、 19接 +5； 18引 腳 接 電 位器的一端； 20腳 接地。 主要硬件構(gòu)成 說(shuō) 明 控制器接口信 號(hào)說(shuō) 明： 1、 R/W 的配 合選擇決定 控制接口的 4種模式： （ L H 讀 出 忙標(biāo) 志（ 地 址記數(shù)器（ 狀態(tài) H L 數(shù) 據(jù)到 數(shù) 據(jù) 緩 存器（ H H 緩 存器（ 讀 出 數(shù) 據(jù) 2、 E 信 號(hào) ： 執(zhí) 行 動(dòng) 作 結(jié) 果 高 低 I/ 合 / 寫(xiě)數(shù) 據(jù)或指令 高 I/配合 讀數(shù) 據(jù)或指令 低 /低 高 無(wú)動(dòng) 作 忙標(biāo) 志 :F 標(biāo) 志提供 內(nèi) 部工作情 況 表示模 塊 在 進(jìn) 行 內(nèi) 部操作 ,此 時(shí) 模 塊 不接受外部指令和 數(shù) 據(jù) 時(shí) ,模 塊為 準(zhǔn) 備狀態(tài) ,隨時(shí) 可接受外部指令和 數(shù) 據(jù) . - 9 - 利用 D 指令 ,可以 將 線(xiàn) ,從 而 檢驗(yàn) 模 塊 之工作 狀態(tài) . 字型 產(chǎn) 生 字型 產(chǎn) 生 供 8192個(gè) 此觸 發(fā) 器是用于模 塊 屏幕 顯 示 開(kāi)和關(guān)的控制。 為開(kāi)顯 示（ N), 內(nèi) 容就 顯 示在屏幕上， 為關(guān)顯 示（ 狀態(tài) 是指令 N/ 號(hào)控 制的。 顯 示 數(shù) 據(jù) 模 塊內(nèi) 部 顯 示 數(shù) 據(jù) 4 2個(gè) 字 節(jié) 的空 間 ，最多可控制 4行 16 字（ 64個(gè) 字）的中文字型 顯 示， 當(dāng)寫(xiě) 入 顯 示 數(shù) 據(jù) ，可分 別顯 示 模 塊可顯 示三種字型，分 別 是半角英 數(shù) 字型 (16*8)、 型及中文字型，三種字型的 選擇 ，由在 寫(xiě) 入的 編碼選擇 ，在 0000H 0006碼 中（其代 碼 分 別 是 0000、 0002、 0004、 0006共 4個(gè) ） 將選擇 字型， 02H 7碼 中 將選擇 半角英 數(shù) 字的字型，至于 碼將 自 動(dòng) 的 結(jié)合 下一 個(gè) 字 節(jié)，組 成 兩個(gè) 字 節(jié) 的 編碼 形成中文字型的 編碼 字型 產(chǎn) 生 字型 產(chǎn) 生 供 圖 像定 義 (造字 )功能 , 可以提供四 組 16 16 點(diǎn) 的自定 義圖 像空 間 ，使用者可以 將內(nèi) 部字型 沒(méi) 有提供的 圖 像字型自行定 義 到 ，便可和 一 樣 地通 過(guò) 在屏幕中。 地址計(jì)數(shù)器 址計(jì)數(shù)器 是用 來(lái)貯 存 一的地址 ,它可由 設(shè) 定指令 緩 存器 來(lái)改 變 ，之后只要 讀 取或是 寫(xiě) 入 ，地 址計(jì)數(shù)器 的值就 會(huì) 自 動(dòng) 加一， 當(dāng) 0” 時(shí) 而 R/ 1” 時(shí) ， 地址計(jì)數(shù)器 的值 會(huì)被讀 取到 - 10 - 光 標(biāo) /閃爍 控制 電 路 此模 塊 提供硬件光 標(biāo) 及 閃爍 控制 電 路，由地 址計(jì)數(shù)器 的值 來(lái) 指定 的光 標(biāo) 或 閃爍位 置。 3、指令 說(shuō) 明 模 塊 控制芯片提供 兩 套控制命令，基本指 令和擴(kuò) 充指令如下： 指令表 1：（ ：基本指令） 指 指 令 碼 功 能 令 20H,并且 設(shè) 定址計(jì)數(shù)器 ( 00H 地址 歸 位 0 0 0 0 0 0 0 0 1 X 設(shè) 定 地址計(jì)數(shù)器 (00H,并且 將 光 標(biāo) 移到 開(kāi)頭 原 點(diǎn)位置 ;這個(gè) 指令不改 變 內(nèi) 容 顯 示狀態(tài)開(kāi) /關(guān) 0 0 0 0 0 0 1 D C B D=1: 整體 顯 示 =1: 游 標(biāo) B=1:光 標(biāo) 位置反白 允許 進(jìn) 入點(diǎn) 設(shè) 定 0 0 0 0 0 0 0 1 I/D S 指定在 數(shù) 據(jù)的 讀 取與 寫(xiě) 入 時(shí) ,設(shè) 定光 標(biāo) 的移 動(dòng) 方向及指定顯 示的移位元 光 標(biāo)或 顯示移位元控制 0 0 0 0 0 1 S/C R/L X X 設(shè) 定光 標(biāo) 的移 動(dòng)與顯 示的移位元控制位 ;這個(gè) 指令不改 變 內(nèi) 容 功能 設(shè) 定 0 0 0 0 1 X ： 4/8位 數(shù) 據(jù) : 擴(kuò) 充指令操作 : 基本指令操作 設(shè) 定址 0 0 0 1 定 址 設(shè) 定址 0 0 1 0 定 址（ 顯 示位址） 第一行： 80H 87H 第二行： 90H 97H 讀 取忙標(biāo)志和地址 0 1 取 忙標(biāo) 志 (以確 認(rèn)內(nèi)部 動(dòng) 作是否完成 ,同 時(shí) 可以 讀出地 址計(jì)數(shù)器 (值 - 11 - 寫(xiě)數(shù)據(jù)到 0 數(shù) 據(jù) 將數(shù) 據(jù) 入到 內(nèi) 部的 讀 出值 1 1 數(shù) 據(jù) 從內(nèi) 部 取 數(shù) 據(jù) 指令表 2：（ ： 擴(kuò) 充指令） 指 指 令 碼 功 能 令 ,執(zhí) 行其它指令都棵 終止 待命模式 卷 動(dòng)地 址開(kāi)關(guān)開(kāi)啟 0 0 0 0 0 0 0 0 1 R=1： 允許輸 入垂直卷動(dòng)地 址 ： 允許輸 入 反白 選擇 0 0 0 0 0 0 0 1 0 選擇 2 行中的任一行作反白 顯 示，并可 決定 反白與否。初始值00，第一次 設(shè)定為 反白 顯 示，再次設(shè)定變 回正常 睡眠 模式 0 0 0 0 0 0 1 X ： 進(jìn) 入睡眠模式 ： 脫 離睡眠模式 擴(kuò) 充 功能 設(shè) 定 0 0 0 0 1 0 ： 4/8 位 數(shù) 據(jù) : 擴(kuò) 充指令操作 : 基本指令操作 G=1/0： 繪圖開(kāi)關(guān) 設(shè)定繪圖址 0 0 1 0 定繪圖 設(shè) 定垂直 (列 )地址設(shè) 定水平 (行 )地址 以上 16位地址 連續(xù)寫(xiě) 入即可 備 注： 當(dāng) 微 處 理器必 須先 確 認(rèn) 其 內(nèi) 部 處 于非忙碌 狀態(tài) ,即 讀 取 志 時(shí) , 為 零 ,方可接受新的指令 ;如果在送出一 個(gè) 指令前并不 檢 查 志 ,那么在前一 個(gè) 指令和 這個(gè) 指令中 間 必 須 延 長(zhǎng) 一段 較長(zhǎng) 的 時(shí)間 ,即是等待前一個(gè) 指令確 實(shí)執(zhí) 行完成。 3、 讀寫(xiě)時(shí) 序 圖 據(jù) 傳輸過(guò) 程 - 12 - 8位和 4位 數(shù) 據(jù) 線(xiàn) 的 傳輸過(guò) 程 序 圖 單 片機(jī)向液晶 寫(xiě) 命令的 時(shí) 序（ 8位 數(shù) 據(jù) 線(xiàn) 模式） - 13 - 單 片機(jī) 從 液晶中 讀數(shù) 據(jù)的 時(shí) 序（ 8位 數(shù) 據(jù) 線(xiàn) 模式） 濾 波模 塊 由于直接 從 出端 輸 出的 波形為階 梯波，波形不 夠 平滑，因此，本設(shè)計(jì) 中需要 在輸 出端 設(shè) 置一 個(gè) 截止 頻 率 為 25低通 濾 波器。在 司 數(shù) 據(jù)手 冊(cè) 上提供了一 個(gè) 截止 頻 率 為 70 橢圓 低通 濾 波器，其 電 路圖 如 圖 2 圖 2 該電 路 圖 上 運(yùn) 用反 歸一 化的方法 進(jìn) 行更改就可以得到所需的 電 路，可以省卻進(jìn) 行查 表計(jì) 算的麻 煩 。 該濾 波器的 3止 頻 率 為 0要求的 3 率 25比， 頻 率 標(biāo) 定系 數(shù) f0/5/70= 70 率的 濾 波器的 電 感、 電 容值同 時(shí) 除以 可得到 25止頻 率的 橢圓 低通 濾 波器，如 圖 225圓 低通 濾 波器的 組 件值 為 702=3909 20060063P 640000 - 14 - 90901=222=13=334=5=226=7=22濾 波器 對(duì)組 件值要求不高，可使用 10%誤 差的 電 感和 5%電 容即可。 將 上述元器件取 為標(biāo)稱(chēng) 值， 則 2=3=62=3=1004=165=136=147=56 供電 模 塊 在 電 路中并 沒(méi) 有自 帶 +5V 穩(wěn)壓電 源模 塊，為 了 減 小 線(xiàn) 路板的面 積 ， 節(jié)約 制作成本，因此，用 替 系 統(tǒng)供電 ， 這樣不僅 可以 減 少 線(xiàn) 路板的使用面 積 ，而且電 也比 較穩(wěn) 定，所受干擾也比 較 小。另外， 電 路中 還 留出了 +5V 電 源的接口， 這樣 可以方便其它 +5的接入。 電 路如下 圖 所示： 0141215V - 15 - 信模 塊 由于所用的 單 片機(jī) 為 裝 ，所以在下 載 程序的 時(shí) 候，本 電 路中使用了串口下 載 ，因 為計(jì) 算機(jī)上的 電平為 232電平 ，而本 電 路中所用的是 所以在 進(jìn) 行通信 時(shí) 需要一 電平轉(zhuǎn)換電 路， 電 路中使用 片及其 電 容構(gòu)成一個(gè)轉(zhuǎn)換電 路，如下 圖 所示： 24章小結(jié) 本章主要針對(duì)于硬件電路的設(shè)計(jì)，通過(guò)各個(gè)子模塊 來(lái)闡述硬件電路的原理。采用 術(shù)的 片是本電路的核心，通過(guò)與單片機(jī)的數(shù)據(jù)傳輸進(jìn)行頻率的合成，產(chǎn)生正弦波形。經(jīng)測(cè)定該電路整體性能良好，工作穩(wěn)定且操作方便，電路中使用了液晶顯示模塊，操作界面非常友好，例如從液晶上面可以很清晰地看到輸出頻率的三種模式（定頻模式、掃頻模式、調(diào)頻模式），通過(guò)獨(dú)立式鍵盤(pán)選擇一種模式便可輸出相應(yīng)的頻率。整個(gè)硬件電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，焊接美觀，能夠?qū)崿F(xiàn)基本的功能。 該信號(hào)發(fā)生器主要有三點(diǎn)不足，一、所有的輸入、輸出接口都是采用的排針，使得連接不方便；二、 出端采用的橢圓 低通濾波器，濾波的效果不明顯；三、輸出波形的幅度隨著頻率的變化而變化，輸出幅度不穩(wěn)定。針對(duì)于以上的不足日后還要加以改善，例如把波形輸出端的排針換成圓形插孔形式的，便于與示波器連接，外接 5V 電源端也可以換成圓形插孔，使得與電源的連接更加穩(wěn)固；此外，還可以在輸出端加上由 加上檢波電路， - 16 - 使得輸出波形的幅度更加趨于穩(wěn)定。 - 17 - 二、 軟件部分設(shè)計(jì) 序 設(shè)計(jì) 流程及描述 關(guān)于程序的設(shè)計(jì)，采用模塊化的思想，例如程序中的定頻模塊、掃頻模塊、跳頻模塊等這幾個(gè)都是單獨(dú)寫(xiě)在一個(gè)函數(shù)中，然后依次 在另一個(gè)函數(shù)中調(diào)用，模塊化的設(shè)計(jì)思想主要有可移植性強(qiáng)，易于整個(gè)程序修改等特點(diǎn)。本程序設(shè)計(jì)步驟主要分為四大塊，一是，對(duì)液晶的初始化；二是，鍵盤(pán)掃描，如有效按鍵按下時(shí)程序便調(diào)用相應(yīng)的子程序；三是，主程序調(diào)用各個(gè)函數(shù)，實(shí)現(xiàn)一個(gè)整體；四是定時(shí)器 個(gè)系統(tǒng)的程序流程圖，如圖 3 N N N Y Y Y Y N 系統(tǒng)上電 液晶初始化 有效按鍵 跳頻模式 定頻模式 掃頻模式 執(zhí)行相應(yīng)程序 執(zhí)行相應(yīng)程序 執(zhí)行相應(yīng)程序 有效按鍵 有效按鍵 有效按鍵 - 18 - 圖 3序模 塊設(shè)計(jì) 關(guān)于 序的編寫(xiě)，主要從它的初始復(fù)位函數(shù)以及發(fā)送頻率控制字函數(shù)去寫(xiě)，編寫(xiě)的時(shí)候要嚴(yán)格對(duì)照它的時(shí)序，否則就會(huì)出現(xiàn)錯(cuò)誤。以下即為 下所示： ; ; ; _; _; ; 這個(gè)函數(shù)被下面發(fā)送控制字函數(shù)調(diào)用； ;_;_;_;/延時(shí)很重要，對(duì)時(shí)序 ;/字裝入信號(hào)，上升沿有效 ; 1;_;_;_;_;_; ;/字裝入信號(hào)，上升沿有效 ; 2;_;_;_;_;_; ;/字裝入信號(hào)，上升沿有效 ; 3;_;_;_;_;_; ;/字裝入信號(hào)，上升沿有效 ; - 19 - 4;_;_;_;_;_; ;/字裝入信號(hào)，上升沿有效 ; ; ; 單片機(jī)向 ( / 180 (由于 據(jù)類(lèi)型的有效位為 7位 8; 8; 8; ; 序模 塊設(shè)計(jì) 關(guān)于液晶的操作，在編寫(xiě)程序時(shí)也要嚴(yán)格按照數(shù)據(jù)手冊(cè)上給出的時(shí)序，寫(xiě)它的每一個(gè)子模塊，下面即為液晶在整個(gè)系統(tǒng)中用到的所有子程序： #0 /液晶數(shù)據(jù)端口 #22; /液晶 12864的位定義 21; 20; t) /1 毫秒延時(shí) 子函數(shù) i,j; - 20 - i=0;Y=4; X &= 0， ) :0|=0:0:0 2, 1); /發(fā)送地址碼 - 22 - =0 X =1) Sn= ); 000; if(0) ); if(0) ; T=1) if(0) - 24 - ); if(0) ; 斷函數(shù)部分 中斷函數(shù)部分主要包括定時(shí)器 斷，這兩個(gè)函數(shù)分別用于掃頻和跳頻中，下面附上兩個(gè)中斷函數(shù)。 斷，按照所設(shè)定的時(shí)間進(jìn)行中斷，連續(xù)向 送頻率控制字，產(chǎn)生掃頻現(xiàn)象； 65536256; 65536256; _L) _F; _ if(0) ); if(0) ; 似于 斷，它主要產(chǎn)生跳頻現(xiàn)象； 65536256; 65536256; _5; - 25 - _0000000) 000; _ 8; _0000000) ; if(0) ); if(0) ; 章小結(jié) 程序的設(shè)計(jì)主要從三方面編寫(xiě)，一、液晶的顯示程序；二、 、主程序以及中斷函數(shù)的編寫(xiě)；本程序中對(duì)于顯示程序部分的編寫(xiě)，能夠合理地分配變量，充分利用液晶的界面 顯示資源，并且能很好地把按鍵與顯示變量銜接起來(lái)，使得操作更加人性化、簡(jiǎn)單化。 程序的編寫(xiě)，大體上結(jié)構(gòu)比較清晰，每個(gè)子程序都是獨(dú)立的模塊，通過(guò)程序間相互調(diào)用使之連接起來(lái)，不足之處在于子程序的格式比較繁瑣，雖然能實(shí)現(xiàn)電路的基本功能，但程序運(yùn)行效率低?？赏ㄟ^(guò)把每個(gè)子程序建立成 后通過(guò)主程序調(diào)用，這樣便可提高系統(tǒng)的性能。 - 26 - 三、 實(shí)物的 使用說(shuō)明 用說(shuō)明 實(shí)物的使用主要是通過(guò)按鍵進(jìn)行操作的，本電路中共設(shè)置了 5個(gè)獨(dú)立式鍵盤(pán)，分別為 能鍵）、 切鍵）、 切鍵）、 號(hào)鍵）、 號(hào)鍵）。 程序下載之后，給系統(tǒng)上電，液晶上面便顯示三種模式狀態(tài)，分別為定頻模式、掃頻模式、跳頻模式，光標(biāo)默認(rèn)在定頻模式上閃爍，可通過(guò) 行上下選擇，當(dāng)光標(biāo)停留在哪個(gè)位置時(shí)，按下功能鍵 外，在每個(gè)模式界面上都設(shè)有上下模式選擇按鈕，默認(rèn)情況下，光標(biāo)都在上模式按鈕上閃爍，此時(shí)，可通過(guò) 1、定頻模式 所謂定頻模式，就是在輸出頻率范圍內(nèi)設(shè)定任意一個(gè)頻率值，即可輸出相應(yīng)的頻率；在定頻模式中主要有步進(jìn)值的設(shè)定和輸出頻率的設(shè)定，在對(duì)輸出頻率設(shè)定時(shí)，可先設(shè)定 一下步進(jìn)值，這樣有助于快速設(shè)定相應(yīng)頻率值的大?。焕缭O(shè)定一個(gè) 初始界面下，先通過(guò) 擇光標(biāo)到設(shè)定步進(jìn)值的位置，然后通過(guò) 擇步進(jìn)值為 1把光標(biāo)跳到設(shè)定頻率的位置，按下 頻率加到 1下 光標(biāo)返回到設(shè)定步進(jìn)值的位置，按下 步進(jìn)值減小為 100下 次把光標(biāo)跳到設(shè)定頻率的位置，按下 續(xù)增加所設(shè)定的頻率值，一直加到 后按下功能鍵 可輸出相應(yīng)的頻率。 2、掃頻模式 所謂掃頻模式，就是在設(shè)定的初始、終止頻率范圍內(nèi)，按照所設(shè)定的時(shí)間 和增量循環(huán)輸出相應(yīng)的頻率；在掃頻模式中，主要設(shè)有初始頻率、終止頻率以及掃描時(shí)間，除了這些還有步進(jìn)值和掃頻增量的設(shè)定，由于液晶界面大小有限，所以把這兩個(gè)放在另一個(gè)界面上，在掃頻初始界面上有一個(gè)中間按鈕，可通過(guò)這個(gè)中間按鈕進(jìn)入次界面，操作的方法是當(dāng)光標(biāo)在這個(gè)按鈕上閃爍時(shí)，按下 可進(jìn)入，返回時(shí)也是采用這種方法，對(duì)于掃頻界面上的設(shè)定和定頻界面上設(shè)定的方法一樣，可先設(shè)定步進(jìn)值和掃頻增量，然后再設(shè)定初始頻率和終止頻率，最后設(shè)置 - 27 - 一下掃描時(shí)間，并按下 3、跳頻模式 所謂跳頻，就是在一定的輸出頻率范圍 內(nèi)，按照一定的方式，輸出不同的頻率；在跳頻界面上，設(shè)有跳頻增量和跳頻時(shí)間間隔，其對(duì)應(yīng)的操作和上面的一樣，最后在設(shè)定跳頻間隔時(shí)，按下 注： 在掃頻和跳頻模式中，最后按下 ，其他按鍵就被屏蔽了，再次按下 即可恢復(fù)，與此同時(shí)，掃頻與跳頻也就終止了。在定頻模式中沒(méi)有，只有切換到其他模式時(shí)，結(jié)束定頻輸出。 物圖片 實(shí)物整體結(jié)構(gòu)圖，如圖 4 2 1 所示： 圖 4 2 1 - 28 - 舉例說(shuō)明，定頻模式下界面的顯示如圖 4 2 2所示： 圖 4 2 2 - 29 - 五、設(shè)計(jì)調(diào)試與驗(yàn) 證 試報(bào)告 設(shè)計(jì)完成之后，就進(jìn)行測(cè)試與驗(yàn)證，下面主要對(duì)波形的頻率范圍，輸出電壓的峰峰值指標(biāo)，信號(hào)頻率誤差等進(jìn)行測(cè)試與驗(yàn)證。 該電路輸出的頻率范圍為 0到 25驗(yàn)證頻率輸出范圍符合要求。圖 55 圖 5弦波輸出電壓的峰峰值隨著頻率的增高，幅度有所衰減，例如圖 5度明顯有差別。 圖 5 圖 5- 30 - 在本電路中通過(guò)內(nèi)部自帶的比較器，產(chǎn)生的方波經(jīng)過(guò)測(cè)試，在低頻段輸出波形較好如圖 5果 頻率低于 100于示波器的原因，波形有點(diǎn)變形，如圖 5大于 3于 得輸出方波的幅度比正弦波高很多，如下面幾幅圖所示，為此，在輸出端通過(guò)增加幅度控制單元，便可降幅。 圖 5 圖 5 5章小結(jié) 頻率的輸出誤差經(jīng)測(cè)試與統(tǒng)計(jì)，在 100下測(cè)得的頻率與設(shè)置頻率的偏差小于 5 100 700差小于 30800間，偏