波形發(fā)生器電路原理及功能

1、DDS波形發(fā)生器電路組成及功能一、DDS波形發(fā)生器電路的組成本系統(tǒng)以單片機(jī)STC89C52為核心，采用了直接數(shù)字合成技術(shù)（DDS），實(shí)現(xiàn)了頻率任意調(diào)節(jié)的正弦波，方波，三角波以及特定的任意信號(hào)，產(chǎn)生的各類波形精度高，穩(wěn)定性好，采用友好的人機(jī)界面，操作方便。系統(tǒng)總框圖如下圖所示：DDS波形發(fā)生器系統(tǒng)框圖（1）相位累加地址發(fā)生器使用可編程邏輯器件IC4GAL16V8編程得到累加相位碼，也就是波形的地址碼。這里的GAL16V8是100進(jìn)制計(jì)數(shù)器，相位累加時(shí)，對(duì)應(yīng)一個(gè)波形100個(gè)數(shù)據(jù)的地址。GAL16V8擁有8個(gè)輸入端和8個(gè)輸出端，可以單獨(dú)選擇每個(gè)輸出端的極性，靈活的進(jìn)行輸出端的組合排列、可重復(fù)編程、頻

2、帶范圍寬，工作頻率很高。使用GAL16V8做相位累加地址發(fā)生器使得電路更加簡潔，保證在高頻率下的穩(wěn)定工作。（2）數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器使用外部ROM數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器IC5 27C64，已經(jīng)預(yù)先把相關(guān)波形的量化數(shù)據(jù)寫入該外部ROM中。（3）D/A模數(shù)轉(zhuǎn)換電路使用數(shù)模轉(zhuǎn)換集成芯片IC6DAC0832，DAC0832是一個(gè)8位的電流式的數(shù)模轉(zhuǎn)換器，就是把波形數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)化為波形真實(shí)的模擬信號(hào)。波形信號(hào)為電流信號(hào)，因此輸出端還要接運(yùn)算放大器，把電流信號(hào)轉(zhuǎn)換為電壓信號(hào)。（4）雙極性轉(zhuǎn)換電路及濾波電路采用反相比例運(yùn)算放大電路IC7TL084中的A，B運(yùn)放，將D/A輸出的單極性信號(hào)轉(zhuǎn)換為雙極性信號(hào)。為確保產(chǎn)生波形的質(zhì)量，減少波形失

3、真度，使輸出波形光滑，須用低通濾波器把高頻分量濾掉。在此采用自動(dòng)線性跟蹤Butterworth有源濾波器，在此采用二階有源低通濾波器，即TL084中的C運(yùn)放及R19，C18，R20，C10兩節(jié)低通濾波器組成。（5）顯示及控制電路本機(jī)器需要進(jìn)行人機(jī)對(duì)話，根據(jù)系統(tǒng)設(shè)計(jì)要求，采用獨(dú)立式微動(dòng)按鈕S27輸入，八只七段LED18數(shù)碼管作為輸出顯示，清晰可見。使用時(shí)可以選擇方波、三角波和正弦波三種波形的輸出；可調(diào)節(jié)不同波形的輸出頻率，并實(shí)現(xiàn)了1Hz的頻率步進(jìn)。（6）單片機(jī)電路單片機(jī)電路是DDS波形發(fā)生器的核心電路，它由微處理器IC12AT89S52及外圍電路、元器件等組成。它由P0和P1共16個(gè)端口與顯示電

4、路相連接，把各種的輸出波形的相關(guān)數(shù)據(jù)送到八只七段LED18數(shù)碼管顯示。還與可編程邏輯器件IC4，外部ROM數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器IC5相連接，提供可編程基準(zhǔn)信號(hào)：使用單片機(jī)定時(shí)器產(chǎn)生固定頻率，波形穩(wěn)定，為相位累加地址發(fā)生器提供基準(zhǔn)信號(hào)。另外由P2.0P2.5接鍵盤的6只微動(dòng)按鈕S27，作控制輸出信號(hào)之用。微處理器IC12已經(jīng)按功能要求，把相關(guān)的程序?qū)懭氲叫酒?。?）電源電路本系統(tǒng)中，許多集成電路，如單片機(jī)、D/A電路、運(yùn)算放大器等都需要直流電源進(jìn)行供電才能工作。單片機(jī)、EEPROM等都以5V電源供電，而運(yùn)算放大器需要±12V供電，因此在電源板的設(shè)計(jì)過程中，要同時(shí)獲得+5V、±12V的

5、直流電壓。LM7812輸出電壓為+12V， LM7912輸出電壓為-12V，LM7805輸出電壓為+5V，三者的性能都能滿足設(shè)計(jì)要求。在具體電路中，由市電AC220V經(jīng)變壓器降壓為雙AC12V后，接入到經(jīng)由二極管VD36組成的單相全波整流電橋整流，由電容器C811濾波后一路電壓經(jīng)過三端穩(wěn)壓器LM7912穩(wěn)壓后輸出+12V，另一路電壓經(jīng)過三端穩(wěn)壓器LMC7912穩(wěn)壓后輸出-12V電壓。±12V電壓作為模擬放大器的電源電壓，電容器C1217是濾波電容。其中+12V電壓經(jīng)三端穩(wěn)壓器LM7805穩(wěn)壓后輸出+5V電壓，作為AT89S51、CAL16V8、27C64、URL2803、DAC083

6、2、74LS244等數(shù)字集成電路的電源電壓?？紤]到D/A轉(zhuǎn)換器在進(jìn)行數(shù)模轉(zhuǎn)換時(shí)，需要較穩(wěn)定、精度較高的參考電壓，在電源板設(shè)計(jì)過程中，將LM7812輸出的+12V電壓經(jīng)再分壓處理，通過穩(wěn)壓二極管TL431穩(wěn)壓和精密電阻的調(diào)節(jié)來得到D/A電路所需的高精度穩(wěn)壓參考電源VREF。還有外部測試信號(hào)端口J1：外部基準(zhǔn)信號(hào)輸入，為系統(tǒng)調(diào)試時(shí)作為相位累加地址發(fā)生器基準(zhǔn)信號(hào)。二、DDS波形發(fā)生器的功能描述1DDS波形發(fā)生器按鍵功能，系統(tǒng)操作共設(shè)有六個(gè)按鍵S27，分別：S7S6S5S4S3S2正弦波方波三角波頻率+ 頻率-選擇2數(shù)碼管顯示方式數(shù)碼管LED1LED2LED3LED4LED5LED6LED7LED8顯

7、示代碼符號(hào)不亮千位百位十位個(gè)位HZ功能波形懸空頻率單位1或0090909開機(jī)時(shí)，最前面顯示正弦波符號(hào)，后面4位顯示0100，最末2位顯示 “HZ”字樣，即20100Hz。上電開機(jī)或按復(fù)位鍵S1后，輸出默認(rèn)頻率100Hz的正弦波。當(dāng)輸出端J2有信號(hào)輸出時(shí)（不在關(guān)閉狀態(tài)）所有按鍵都無效，或者說只有輸出端J2在關(guān)閉狀態(tài)時(shí)（沒有輸出信號(hào)），按鍵才能進(jìn)行操作。3“方波”、“三角波”、“正弦波”這三種主要波形在數(shù)碼管LED1顯示的代碼符號(hào)： 波形類別正弦波三角波方波代碼符號(hào)DDS波形發(fā)生器能產(chǎn)生“正弦波”、“三角波”、“方波”這三種主要波形，波形的頻率從1Hz1kHz，分辨率為1Hz，波形幅度從2.56V

8、5.12V，頻率可以通過按鍵S3、S4設(shè)定得到，但是幅度只能通過電位器R21的調(diào)節(jié)加以實(shí)現(xiàn)。4操作與功能（1）上電開機(jī)或按S1復(fù)位鍵后，數(shù)碼顯示管DS18顯示為20100Hz，輸出頻率100Hz的正弦波。（2）按下S57其中一鍵，可隨意改變輸出信號(hào)波形，LED1代碼符號(hào)改變。但此時(shí)輸出端J2輸出波形仍處于關(guān)閉狀態(tài)。（3）短按（0.15s）選擇鍵S2，從左向右第3只數(shù)碼管抖動(dòng)，再短按S2選擇鍵，抖動(dòng)數(shù)碼管移動(dòng)至下一位，每短按一次S2選擇鍵，抖動(dòng)數(shù)碼管均可移動(dòng)至下一位，可在千位到個(gè)位間循環(huán)。在數(shù)碼管抖動(dòng)的位置上，通過按功能鍵S4“頻率”或S3“頻率”，則可以調(diào)節(jié)頻率增加或減小，單次按鍵實(shí)現(xiàn)1的加減，直到4位數(shù)字全部輸入完成（數(shù)字最高只能是1000），當(dāng)完成數(shù)字輸入時(shí)（此時(shí)亦可按S57鍵改變輸出波形），長按選擇鍵S2（3s）確定輸出取消關(guān)閉狀態(tài)，數(shù)碼管不再抖動(dòng)，輸出端J2輸出波形，此時(shí)輸出端J2應(yīng)有已經(jīng)選擇的波形和頻率輸出。按鍵S37不能進(jìn)行操作。（4）如需再調(diào)整輸出的波形和頻率，可再長按選擇鍵S2，使波形輸出端J2處于輸出關(guān)閉狀態(tài)。（5）再短按選擇鍵S2，此時(shí)可按（3）步驟操作，重復(fù)選擇波形或重置信號(hào)頻率。再長按選擇鍵S