電子信息工程綜合實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書

電子信息工程綜合實(shí)驗(yàn)教程張文青譚文編南京理工大學(xué)電子工程與光電技術(shù)學(xué)院二〇〇七年五月前言電子信息工程專業(yè)作為江蘇省的一個(gè)品牌專業(yè)，除理論課程的設(shè)置表現(xiàn)品牌特色外，對(duì)實(shí)驗(yàn)課程的設(shè)置也相當(dāng)重要，因?yàn)閷?shí)驗(yàn)課可培育和鍛煉學(xué)生的科研設(shè)計(jì)能力和實(shí)際動(dòng)手能力。為了適應(yīng)電子信息工程專業(yè)的進(jìn)展和需要，咱們結(jié)合教研室的實(shí)際特點(diǎn)編寫了這本電子信息工程綜合實(shí)驗(yàn)教程，其中大多數(shù)的實(shí)驗(yàn)都是教研室的科研功效，該實(shí)驗(yàn)教程包括四大類實(shí)驗(yàn)，具體可分為：第一大類測(cè)量操縱類實(shí)驗(yàn)，包括轉(zhuǎn)速測(cè)量與操縱實(shí)驗(yàn)，溫度測(cè)量與操縱實(shí)驗(yàn)，電量測(cè)量與分析實(shí)驗(yàn)；第二大類雷達(dá)信號(hào)處置類實(shí)驗(yàn)，包括雷達(dá)測(cè)速實(shí)驗(yàn)，線性調(diào)頻脈沖緊縮實(shí)驗(yàn)，匹配濾波器實(shí)驗(yàn)；第三大類鎖相與頻率合成類實(shí)驗(yàn)，包括VCO鎖相環(huán)電路實(shí)驗(yàn)，DDS信號(hào)發(fā)生器實(shí)驗(yàn)；第四大類虛擬儀器類實(shí)驗(yàn)，包括LabVIEW編程環(huán)境與大體操作實(shí)驗(yàn)，LabVIEW圖形、數(shù)組、簇編程實(shí)驗(yàn)，數(shù)據(jù)搜集實(shí)驗(yàn)，虛擬信號(hào)發(fā)生器實(shí)驗(yàn)，信號(hào)處置實(shí)驗(yàn)，網(wǎng)絡(luò)通信實(shí)驗(yàn)，共14個(gè)綜合性實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目。每一大類都表現(xiàn)了一個(gè)特色，學(xué)生可依照自己的情形選做其中的每一大類。本書可作為工科院校電子信息工程專業(yè)綜合實(shí)驗(yàn)的教材或參考書，也可作為相關(guān)課程的實(shí)驗(yàn)教材或畢業(yè)設(shè)計(jì)的相關(guān)參考資料。在本書編寫進(jìn)程中取得電子工程教研室領(lǐng)導(dǎo)的大力支持和幫忙，專門是取得教研室主任朱曉華教授和張重雄教授的大力支持和幫忙，全書由教研室主任朱曉華教授審閱，在此表示衷心的感激。由于編者水平有限，加上時(shí)刻倉(cāng)促，書中不免存在不妥或錯(cuò)誤的地方，敬請(qǐng)讀者、同行批評(píng)指正。編者2007年9月實(shí)驗(yàn)?zāi)夸浀谝淮箢悳y(cè)量操縱類實(shí)驗(yàn)………………………2實(shí)驗(yàn)一轉(zhuǎn)速測(cè)量與操縱…………………3實(shí)驗(yàn)二溫度測(cè)量與操縱…………………13實(shí)驗(yàn)三電量測(cè)量與分析…………………19第二大類雷達(dá)信號(hào)處置類實(shí)驗(yàn)………………29實(shí)驗(yàn)四雷達(dá)測(cè)速實(shí)驗(yàn)……………………30實(shí)驗(yàn)五線性調(diào)頻脈沖緊縮實(shí)驗(yàn)…………33實(shí)驗(yàn)六匹配濾波器實(shí)驗(yàn)…………………37第三大類鎖相與頻率合成類實(shí)驗(yàn)……………40實(shí)驗(yàn)七VCO鎖相環(huán)電路實(shí)驗(yàn)……………41實(shí)驗(yàn)八鎖相頻率合成器的設(shè)計(jì)…………47實(shí)驗(yàn)九DDS信號(hào)源的設(shè)計(jì)………………53第四大類虛擬儀器類實(shí)驗(yàn)………………………59實(shí)驗(yàn)十虛擬儀器利用實(shí)驗(yàn)……………60實(shí)驗(yàn)十一LabVIEW編程環(huán)境與大體操作實(shí)驗(yàn)…………62實(shí)驗(yàn)十二LabVIEW圖形、數(shù)組、簇編程實(shí)驗(yàn)…………65實(shí)驗(yàn)十三數(shù)據(jù)搜集實(shí)驗(yàn)………………67實(shí)驗(yàn)十四虛擬信號(hào)發(fā)生器實(shí)驗(yàn)………75實(shí)驗(yàn)十五信號(hào)處置實(shí)驗(yàn)………………78實(shí)驗(yàn)十六網(wǎng)絡(luò)通信實(shí)驗(yàn)………………80附錄………………99附錄A實(shí)驗(yàn)一的硬件電路圖及參考程序附錄B實(shí)驗(yàn)二的硬件電路圖及參考程序附錄C實(shí)驗(yàn)三的硬件電路圖及參考程序附錄DDSO_2902示波器的說明書第一大類測(cè)量操縱類實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)摘要：測(cè)量操縱類實(shí)驗(yàn)要緊利用傳感器，接口電路和單片機(jī)系統(tǒng)對(duì)轉(zhuǎn)速、溫度、電量等信號(hào)進(jìn)行測(cè)量和操縱，通過C51軟件編程完成各部份功能的，該實(shí)驗(yàn)包括的知識(shí)點(diǎn)有硬件方面：?jiǎn)纹瑱C(jī)技術(shù)，傳感器技術(shù)，模擬電子技術(shù)，數(shù)字電子技術(shù)，接口技術(shù)；軟件方面：匯編語(yǔ)言，C51語(yǔ)言，Protel,Matlab等。實(shí)驗(yàn)要求：在做實(shí)驗(yàn)之前，要通過查閱資料明白得該實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)要求，包括硬件芯片的原理和功能，和單片機(jī)方面的知識(shí)，熟悉匯編語(yǔ)言和C51語(yǔ)言的編程方式，完成該實(shí)驗(yàn)的硬件設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)，完成以上內(nèi)容才能進(jìn)實(shí)驗(yàn)室做實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)：遵守實(shí)驗(yàn)室的規(guī)章制度聽從教師的安排注意平安實(shí)驗(yàn)報(bào)告撰寫要求：（每人寫一份）實(shí)驗(yàn)?zāi)康膶?shí)驗(yàn)儀器實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)原理（1）硬件設(shè)計(jì)原理（2）軟件設(shè)計(jì)原理4．實(shí)驗(yàn)步驟5．實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)搜集與處置6．畫出硬件電路圖7．編寫軟件清單（附上每一條語(yǔ)句的說明說明）8．實(shí)驗(yàn)試探題9．實(shí)驗(yàn)心得體會(huì)實(shí)驗(yàn)一轉(zhuǎn)速測(cè)量與操縱一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康氖煜に俣葌鞲衅鞴ぷ髟硎煜び布O(shè)計(jì)原理熟悉軟件編程方式二、實(shí)驗(yàn)儀器PC機(jī)、示波器、綜合實(shí)驗(yàn)板、數(shù)字表，頻率計(jì)三、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)原理硬件設(shè)計(jì)原理（1）整體設(shè)計(jì)框圖速度傳感器速度傳感器放大整形CPUI/O顯示鍵盤D/A信號(hào)放大直流電機(jī)圖1-1整體設(shè)計(jì)方框圖其中，圖的上半部份為測(cè)量部份，下半部份為操縱部份CPU：AT89C52I/O：人機(jī)接口，7290D/A：5618直流電機(jī)：=24v（2）硬件要緊由三塊集成芯片和直流電機(jī)、光電轉(zhuǎn)速傳感器等組成。①信號(hào)產(chǎn)生與放大整形圖1-2信號(hào)產(chǎn)生與放大整形示用意注：圓盤上有360個(gè)孔，因此每轉(zhuǎn)輸出360個(gè)脈沖。光電轉(zhuǎn)速傳感器：傳感器的作用是將各類現(xiàn)場(chǎng)的被測(cè)物理量依照必然的規(guī)律轉(zhuǎn)換成便于測(cè)量的模擬電信號(hào)（電壓或電流）。轉(zhuǎn)速傳感器將電動(dòng)機(jī)轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)化為電壓信號(hào)，作為整個(gè)系統(tǒng)的輸入。本實(shí)驗(yàn)中采納光電式轉(zhuǎn)速傳感器，其工作原理是：利用電動(dòng)機(jī)帶動(dòng)一個(gè)圓周上有均勻散布小孔的圓盤來(lái)操縱發(fā)光二極管的光強(qiáng)，使光的強(qiáng)度呈周期性轉(zhuǎn)變。光電二極管的回路電流也呈周期性轉(zhuǎn)變，頻率f=N/60×360=6NHz，其中N為轉(zhuǎn)速，單位為R/min。信號(hào)放大整形：傳感器的輸出電壓信號(hào)比較小，一樣只有幾毫伏到幾十毫伏，不足以驅(qū)動(dòng)后邊與之相連的芯片，并混有許多干擾信號(hào)，因此必需將信號(hào)放大到與下一極芯片驅(qū)動(dòng)電壓相匹配的程度，并去除干擾，變成一個(gè)方波信號(hào)。本實(shí)驗(yàn)中電動(dòng)機(jī)、光電傳感器及信號(hào)放大整形電路都集成到一塊，封裝在一個(gè)圓柱形容器內(nèi)。輸出的信號(hào)通過反向器（近一步提供驅(qū)動(dòng)）緩和沖器后輸送給AT89C52單片機(jī)T0管腳。數(shù)據(jù)搜集與處置圖1-3數(shù)據(jù)搜集與處置框圖電路板上有一個(gè)由555集成按時(shí)器組成的單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器，提供1秒鐘的按時(shí)，來(lái)操縱74HC244緩沖器的通與斷，如此單片機(jī)計(jì)數(shù)器一次所積存的數(shù)即為脈沖頻率，經(jīng)換算后可取得電動(dòng)機(jī)的轉(zhuǎn)速。圖1-4按時(shí)電路原理圖單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器的特點(diǎn)是：電路有兩個(gè)工作狀態(tài)：個(gè)穩(wěn)態(tài)，一個(gè)暫態(tài)。在沒有外界觸發(fā)信號(hào)時(shí)，電路處于穩(wěn)態(tài)，而且能一直維持下去。在外界信號(hào)的作用下，電路由穩(wěn)態(tài)轉(zhuǎn)換為暫穩(wěn)態(tài)。暫穩(wěn)態(tài)是一個(gè)不能長(zhǎng)久維持的狀態(tài)，通過一段時(shí)刻后，電路會(huì)自動(dòng)返回到穩(wěn)態(tài)。暫穩(wěn)態(tài)的持續(xù)時(shí)刻，確實(shí)是電路輸出脈沖的寬度，它僅取決于電路本身的參數(shù)，而與觸發(fā)脈沖無(wú)關(guān)。輸出脈沖寬度為，適被選取按時(shí)元件R1和C3的數(shù)值，使＝1s。這種單穩(wěn)態(tài)觸發(fā)器電路要求輸入觸發(fā)負(fù)脈沖的寬度小于輸出脈沖的寬度。單片機(jī)：本實(shí)驗(yàn)中，單片機(jī)的型號(hào)是AT89C52，是整個(gè)實(shí)驗(yàn)的核心，要緊負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)搜集、數(shù)據(jù)處置和顯示，并操縱直流電機(jī)。AT89C52是一款具有低功耗和高性能的、CMOS制造工藝的8位微處置器，有8K字節(jié)的FLASH可編程和可擦除只讀存儲(chǔ)器（PEROM）。有片內(nèi)256×8位內(nèi)部RAM，32根可編程I/O線，3個(gè)16位按時(shí)/計(jì)數(shù)器，八個(gè)中斷源，和可編程串行通道等。電路圖如下：圖1-5單片機(jī)電路原理圖說明：P1口是數(shù)據(jù)/地址復(fù)用口，P2口是地址口；P1口多用途：P10、P11作為串行總線的兩根線，一根數(shù)據(jù)線，一根時(shí)鐘線，P12，P13，P14作為與CS5460A的接口線，本實(shí)驗(yàn)中沒有效到，P15，P16，P17作為三－八譯碼器的輸入信號(hào)線；P30，P31是串行輸入/輸出通道，P32（INT0）與ZLG7290的中斷管腳相連，P33（INT1）與CS5460A的中斷管腳相連。P34（T0）作為計(jì)數(shù)器的輸入端，P35（T1）作為輸出，作為外部芯片的讀信號(hào)線；利用內(nèi)部晶振，外接起振晶體。單片機(jī)將搜集來(lái)的數(shù)據(jù)通過必然的算法處置后，輸出給D/A，來(lái)操縱電機(jī)轉(zhuǎn)速。狀態(tài)顯示與鍵盤設(shè)置本實(shí)驗(yàn)頂用ZLG7290作為鍵盤接口和LED顯示驅(qū)動(dòng)。特點(diǎn)：串行總線接口，提供鍵盤中斷信號(hào)，方便與處置器接口；可驅(qū)動(dòng)8位共陰數(shù)碼管或64只獨(dú)立LED和64個(gè)按鍵；8個(gè)功能鍵，可檢測(cè)任意鍵的連擊次數(shù)。因?yàn)閆LG7290采納串行總線，而AT89C52內(nèi)部沒有集成總線接口，因此利用軟件模擬總線接口功能。本實(shí)驗(yàn)中利用了8個(gè)數(shù)碼管，分為兩組，數(shù)碼管的左四位顯示數(shù)值為當(dāng)前所處狀態(tài)，右四位顯示數(shù)值為對(duì)應(yīng)狀態(tài)的數(shù)值。以數(shù)值表示的狀態(tài)含義如下：0101――當(dāng)前電機(jī)轉(zhuǎn)速0102――設(shè)置電機(jī)轉(zhuǎn)速4ⅹ4鍵盤布鍵如下：圖1-64ⅹ4鍵盤布鍵示用意實(shí)驗(yàn)板的左下方有一4ⅹ4鍵盤,配合數(shù)碼管利用。測(cè)量當(dāng)前電機(jī)轉(zhuǎn)速，那么按一下“電機(jī)”鍵，數(shù)碼管右四位即表示當(dāng)前電機(jī)轉(zhuǎn)速；假設(shè)要改變轉(zhuǎn)速，那么按一下設(shè)置鍵，這時(shí)，數(shù)碼管左四位顯示“0102”，即可進(jìn)行設(shè)置轉(zhuǎn)速，設(shè)置好后再按“確信”鍵。再按一次“電機(jī)”鍵，即可看到電機(jī)當(dāng)前轉(zhuǎn)速，再按一次又回到設(shè)置轉(zhuǎn)速；設(shè)置時(shí)如想修改，按“取消”，即可從頭輸入設(shè)置值（設(shè)置值500－2500R/M，不然無(wú)效）。電路圖如下：圖1-74ⅹ4鍵盤電路示用意操縱電路本實(shí)驗(yàn)中，要通過設(shè)置轉(zhuǎn)速來(lái)操縱電機(jī)的轉(zhuǎn)速，需要將數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換為模擬信號(hào)，電路中利用了D/A轉(zhuǎn)換芯片TLV5618。芯片特點(diǎn)：12位雙通道串行接口；可編程設(shè)置轉(zhuǎn)換時(shí)刻，高速模式下為，低速模式下為12us；89C52將保留的設(shè)置預(yù)期轉(zhuǎn)速值轉(zhuǎn)換成串行數(shù)據(jù)輸出到5618的SDI端，從SDI端輸入的數(shù)字信號(hào)經(jīng)TLV5618轉(zhuǎn)換成模擬信號(hào)，由OUTB端輸出，經(jīng)放大后作用于直流電機(jī)，達(dá)到閉環(huán)操縱目的。電路圖：圖1-8操縱電路示用意驅(qū)動(dòng)電路：直流電機(jī)的驅(qū)動(dòng)電流和電壓都比較大，一樣要0－24V的電壓，而D/A輸出的信號(hào)電壓和電流比較小，電壓范圍為0－5V，不能直接驅(qū)動(dòng)，中間要通過電壓、電流放大。圖1-9驅(qū)動(dòng)電路示用意圖1-10信號(hào)放大器電路示用意依照理想運(yùn)放的性質(zhì)，輸出電壓與輸入電壓的關(guān)系為：當(dāng)在0～5V之間轉(zhuǎn)變時(shí)，約在0～24V之間轉(zhuǎn)變，變換后的電壓操縱直流電機(jī)的轉(zhuǎn)速，直至電機(jī)轉(zhuǎn)速達(dá)到預(yù)期設(shè)定值，從而實(shí)現(xiàn)閉環(huán)操縱?？墒且?yàn)榉糯箅娐返姆蔷€性性，會(huì)帶來(lái)轉(zhuǎn)速誤差。直流調(diào)速電機(jī)在本實(shí)驗(yàn)中為受控對(duì)象，在必然的輸入電壓下，輸出相應(yīng)的轉(zhuǎn)速。輸入電壓的范圍為0～24V。軟件設(shè)計(jì)原理圖1-11軟件設(shè)計(jì)流程圖實(shí)驗(yàn)程序見附錄四、實(shí)驗(yàn)步驟1.按實(shí)驗(yàn)要求連接電路，檢查沒有連接錯(cuò)誤后，給綜合實(shí)驗(yàn)板上電，開始實(shí)驗(yàn)。在實(shí)驗(yàn)的整個(gè)進(jìn)程中要注意平安。2.用鍵盤設(shè)置電機(jī)轉(zhuǎn)速，從500R/min開始，當(dāng)數(shù)碼管顯示的當(dāng)前轉(zhuǎn)速在設(shè)定轉(zhuǎn)速周圍上下小幅波動(dòng)時(shí)或穩(wěn)固在設(shè)定轉(zhuǎn)速時(shí)，用示波器測(cè)量TLV5618的OUTB端的信號(hào)頻率，用萬(wàn)用表測(cè)量OUTB端的信號(hào)電壓、直流電機(jī)的輸入電壓（測(cè)試點(diǎn)為f對(duì)應(yīng)m2，VOUTB對(duì)應(yīng)R23，對(duì)應(yīng)m+）.3.改變?cè)O(shè)定的轉(zhuǎn)速，依次輸入500R/min～2500R/min之間的值，重復(fù)步驟2。4.記錄數(shù)據(jù)，處置數(shù)據(jù)。五、數(shù)據(jù)的搜集和分析1．?dāng)?shù)據(jù)搜集設(shè)定參數(shù)R/m/Hz誤差η/%/v/vA轉(zhuǎn)速方程600=（R）90012001500=（R）18002000表1-1所測(cè)參數(shù)2．?dāng)?shù)據(jù)分析理論上，=，（即理論值），A=(不能用表1-1中數(shù)據(jù)直接計(jì)算，因?yàn)橛谐跏贾担?=，η=×100%。通過表1-1中數(shù)據(jù)計(jì)算，=（1）在實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)選擇上，設(shè)定參數(shù)的前五個(gè)轉(zhuǎn)速由上而下的以300R/m遞增，同時(shí)測(cè)得數(shù)據(jù)的值也相應(yīng)以相似的差值遞增，因此，咱們假想和轉(zhuǎn)速R成線性關(guān)系。設(shè)=aR+c——式①其中a和c為未定常量。因?yàn)閐/Dr=a=Δ/ΔR——式②將表1-1中數(shù)據(jù)代入式①和式②，可取得表1-2ac表1-2參數(shù)a和c的值因此，==因此，=（2）由表1-1可知，和成倍的關(guān)系。由（1）中一樣的分析方式可得：=綜上，轉(zhuǎn)速方程為：==（3）驗(yàn)證轉(zhuǎn)速方程的正確性選取轉(zhuǎn)速為1300R/m，測(cè)量得=V，=V計(jì)算取得η1=，η2=，η=（η1+η2）/2S=（10-η）×10=η1η2ηS表1-3所測(cè)參數(shù)的值用Matlab畫出轉(zhuǎn)速特性曲線（1）（2）六、實(shí)驗(yàn)試探題一、在測(cè)量轉(zhuǎn)速時(shí)，本實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)是采納的硬件按時(shí)，假設(shè)用軟件按時(shí)，該如何設(shè)計(jì)？請(qǐng)用C51設(shè)計(jì)出基于軟件按時(shí)的轉(zhuǎn)速測(cè)量程序。2．結(jié)合該實(shí)驗(yàn)的硬件結(jié)構(gòu)，查閱有關(guān)資料設(shè)計(jì)一個(gè)步進(jìn)電機(jī)的操縱程序。實(shí)驗(yàn)二溫度測(cè)量與操縱一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?．熟悉溫度傳感器；2．熟悉溫度測(cè)量硬件設(shè)計(jì)原理；3．熟悉溫度測(cè)量軟件設(shè)計(jì)原理。二、實(shí)驗(yàn)儀器PC機(jī)、示波器、綜合實(shí)驗(yàn)板、電熱水器、數(shù)字表三、設(shè)計(jì)原理1．硬件設(shè)計(jì)原理（1）原理框圖圖2-1硬件設(shè)計(jì)原理框圖（2） 硬件部分主要包括4塊集成芯片、電熱水器、溫度傳感器和雙向可控硅等。 ①信號(hào)產(chǎn)生與放大 溫度傳感器：圖2-2溫度傳感器結(jié)構(gòu)示用意本實(shí)驗(yàn)是采納的是鉑熱電阻式溫度傳感器，它是一種負(fù)溫度系數(shù)熱敏電阻（NTC），特點(diǎn)是熱電特性穩(wěn)固，測(cè)溫準(zhǔn)確度高，可作標(biāo)準(zhǔn)熱電偶。熱電阻測(cè)溫是基于金屬導(dǎo)體的電阻值隨溫度增加而增加這一特性來(lái)進(jìn)行溫度測(cè)量的。利用電阻值隨溫度轉(zhuǎn)變的特性制成得傳感器稱為熱電阻傳感器。熱電阻傳感器要緊用于對(duì)溫度和溫度有關(guān)的參量（如壓力、流速等）進(jìn)行測(cè)量。鉑熱電阻溫度傳感器的特點(diǎn)：鉑的物理、化學(xué)性能超級(jí)穩(wěn)固，是目前制造熱電阻的最好材料。鉑絲的電阻值與溫度之間的關(guān)系在0～°C范圍內(nèi)為：，B的值在量級(jí)。故電阻隨溫度轉(zhuǎn)變的線性度專門好。電阻值隨溫度T的線性轉(zhuǎn)變將引發(fā)鉑熱電阻兩頭的電位差的線性轉(zhuǎn)變，從而實(shí)現(xiàn)將溫度信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)。其具體結(jié)構(gòu)如下：圖2-3溫度傳感器等效電路圖 信號(hào)放大：傳感器的輸出電壓信號(hào)比較小，一樣只有幾毫伏到幾十毫伏，不足以驅(qū)動(dòng)后邊與之相連的芯片，并混有許多干擾信號(hào)，因此必需將信號(hào)放大到與下一極芯片驅(qū)動(dòng)電壓相匹配的程度，并去除干擾。該部份的功能是將隨溫度的轉(zhuǎn)變靈敏度放大200倍，即交流放大倍數(shù)為200，使進(jìn)入AD7865的采樣信號(hào)變換范圍擴(kuò)大到0～5V，使數(shù)據(jù)的處置精度提高。這部份電路在實(shí)驗(yàn)板上是一個(gè)集成模塊，在電路板下方中部。其等效電路圖為：圖2-4溫度傳感器放大電路②信號(hào)搜集與處置由于溫度傳感器輸出的信號(hào)為模擬量，必需通過模數(shù)轉(zhuǎn)換才能為CPU處置。將模擬電 信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)的過程稱為A/D變換。本實(shí)驗(yàn)采用的芯片是AD7856，主要應(yīng)用在溫度測(cè)量系統(tǒng)中。芯片特點(diǎn)：高速，低耗，有4個(gè)采樣通道，同時(shí)可以進(jìn)行4路采樣，輸出14位位寬的并行數(shù)據(jù)。轉(zhuǎn)換時(shí)間是，信號(hào)分辨率位V。電路連接圖：圖2-5信號(hào)搜集與處置電路原理圖7865的管腳連接：，用程序操縱通道的選擇。在本實(shí)驗(yàn)中只用了一個(gè)通道，也能夠硬件來(lái)處置，如此程序就比較簡(jiǎn)單。，利用內(nèi)部產(chǎn)生的主時(shí)鐘。，正常的操作模式。 低四位是雙向的，輸入時(shí)用來(lái)選擇通道，輸出時(shí)是轉(zhuǎn)換完成的數(shù)據(jù)。由于數(shù)據(jù)的是14位的并行數(shù)據(jù)，而CPU的數(shù)據(jù)線只有8位，因此現(xiàn)將14位數(shù)據(jù)分成兩組，鎖存后，由CPU兩次讀取。AD7856的FRSTDATA，BUSY，EOC，也被CPU讀取，用來(lái)作為內(nèi)部程序的操縱。單片機(jī)：本實(shí)驗(yàn)中，單片機(jī)的型號(hào)使AT89C52，是整個(gè)實(shí)驗(yàn)的核心，要緊負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)搜集、數(shù)據(jù)處置和顯示，并操縱直流電機(jī)。AT89C52是一款具有低功耗和高性能的、CMOS制造工藝的8位微處置器，有8K字節(jié)的FLASH可編程和可擦除只讀存儲(chǔ)器（PEROM）。有片內(nèi)256×8位內(nèi)部RAM，32根可編程I/O線，3個(gè)16位按時(shí)/計(jì)數(shù)器，八個(gè)中斷源，和可編程串行通道等。單片機(jī)將搜集來(lái)的數(shù)據(jù)通過必然的算法處置后，輸出給D/A，來(lái)操縱熱水器狀態(tài)。電路圖與實(shí)驗(yàn)一相同。 ③狀態(tài)顯示與鍵值設(shè)置 本實(shí)驗(yàn)頂用ZLG7290作為鍵盤接口和LED顯示驅(qū)動(dòng)。特點(diǎn)：串行總線接口，提供鍵盤中斷信號(hào)，方便與處置器接口；可驅(qū)動(dòng)8位共陰數(shù)碼管或64只獨(dú)立LED和64個(gè)按鍵；8個(gè)功能鍵，可檢測(cè)任意鍵的連擊次數(shù)。因?yàn)閆LG7290采納串行總線，而AT89C52內(nèi)部沒有集成總線接口，因此利用軟件模擬總線接口功能。本實(shí)驗(yàn)中利用了8個(gè)數(shù)碼管，分為兩組，數(shù)碼管的左四位顯示數(shù)值為當(dāng)前所處狀態(tài)，右四位顯示數(shù)值為對(duì)應(yīng)狀態(tài)的數(shù)值。以數(shù)值表示的狀態(tài)含義如下：0201――當(dāng)前溫度0202――設(shè)置溫度實(shí)驗(yàn)板的左下方有一4ⅹ4鍵盤,配合數(shù)碼管利用。測(cè)量當(dāng)前水溫，那么按一下“溫度”鍵，數(shù)碼管右四位即表示當(dāng)前水溫度值；假設(shè)要改變溫度，那么按一下設(shè)置鍵，這時(shí)，數(shù)碼管左四位顯示“0202”，即可進(jìn)行設(shè)置轉(zhuǎn)速，設(shè)置好后再按“確信”鍵。再按一次“溫度”鍵，即可看到水溫度值，再按一次又回到設(shè)置溫度；設(shè)置時(shí)如想修改，按“取消”，即可從頭輸入設(shè)置值（設(shè)置值10－100℃，不然無(wú)效）。電路圖與實(shí)驗(yàn)一相同。④操縱電路本實(shí)驗(yàn)中，要通過設(shè)置溫度來(lái)操縱電熱水器工作狀態(tài)，需要將數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換位模擬信號(hào)，電路中利用了D/A轉(zhuǎn)換芯片TLV5618。芯片特點(diǎn)：12位雙通道串行接口；可編程設(shè)置轉(zhuǎn)換時(shí)刻，高速模式下為，低速模式下為12us；89C52將保留的設(shè)置預(yù)期轉(zhuǎn)速值轉(zhuǎn)換成串行數(shù)據(jù)輸出到5618的SDI端，從SDI端輸入的數(shù)字信號(hào)經(jīng)TLV5618轉(zhuǎn)換成模擬信號(hào)，由OUTA端輸出。鐺鐺前溫度值比設(shè)定的溫度值小于2℃以下時(shí)，OUTA端輸出5V，雙向可控硅導(dǎo)通，熱水器開始加熱；鐺鐺前溫度值比設(shè)定的溫度值不小于2℃時(shí)，OUTA端輸出0V，雙向可控硅截止，熱水器停止加熱。達(dá)到閉環(huán)操縱目的。電路圖：圖2-6操縱電路原理圖雙向可控硅：雙向可控硅（TRIAC）是由NPNPN五層半導(dǎo)體材料組成的，相當(dāng)于兩只兩只一般可控硅反向并聯(lián)，它也有三個(gè)電極，別離是主電極T1，主電極T2和門極G。雙向可控硅能夠雙向?qū)ǎ撮T極加上正或負(fù)的觸發(fā)電壓，均能觸發(fā)雙向可控硅正反兩個(gè)方向的導(dǎo)通。當(dāng)門極G和主電極T2相關(guān)于主電極T1的電壓為正（，）或門極G和主電極T1相關(guān)于主電極T2的電壓為負(fù)（，）時(shí)，可控硅的導(dǎo)通方向?yàn)門2T1?，F(xiàn)在T2為陽(yáng)極，T1為陰極。當(dāng)門極G和主電極T1相關(guān)于主電極T2的電壓為正（，）或門極G和主電極T2相關(guān)于主電極T1的電壓為負(fù)（，）時(shí)，可控硅的導(dǎo)通方向?yàn)門1T2?，F(xiàn)在T1為陽(yáng)極，T2為陰極。雙向可控硅的主電極T1與主電極T2間，不管所加電壓極性是正向仍是反向，只要門極G和主電極T1（或T2）間加有正、負(fù)極性不同的觸發(fā)電壓，知足其必要的觸發(fā)電流，可控硅即可觸發(fā)導(dǎo)通呈低阻狀態(tài)。現(xiàn)在，主電極T一、T2間壓降約為1V左右。雙向可控硅一旦導(dǎo)通，即便失去觸發(fā)電壓，也能繼續(xù)維持導(dǎo)通狀態(tài)。當(dāng)主電極T一、T2電流減小至維持電流一下或T一、T2間電壓改變極性，且無(wú)觸發(fā)電壓時(shí)，雙向可控硅阻斷，只有從頭施加觸發(fā)電壓，才能再次導(dǎo)通。圖2-7雙向可控硅示用意A雙向可控硅電路圖形符號(hào)B雙向可控硅等效電路C，D，E，F(xiàn)雙向可控硅的觸發(fā)狀態(tài)（5）電熱水器本實(shí)驗(yàn)中作為受控對(duì)象，受單片機(jī)操縱。2．軟件設(shè)計(jì)原理圖2-8軟件設(shè)計(jì)原理示用意源程序見附錄四、實(shí)驗(yàn)步驟1．按實(shí)驗(yàn)要求連接電路，檢查沒有連接錯(cuò)誤后，給綜合實(shí)驗(yàn)板上電，開始實(shí)驗(yàn)。在實(shí)驗(yàn)的整個(gè)進(jìn)程中要注意平安。 2．用鍵盤設(shè)置一個(gè)溫度值，當(dāng)數(shù)碼管顯示的溫度與設(shè)定值相等時(shí)，用萬(wàn)用表測(cè)量溫度傳感器的輸出電壓和放大后的電壓（測(cè)試點(diǎn)為：等于T1與T2或T3之間的電位差；等于與參考地之之間的電位差）。 3．測(cè)量電熱水器的操縱電壓。別離測(cè)量電熱水器工作和停止時(shí)的操縱電壓。 4．測(cè)量溫度閥值。由軟件設(shè)計(jì)原理可知，鐺鐺前溫度比設(shè)定溫度值不低于2℃時(shí)，電熱水器斷電停止加熱；而鐺鐺前溫度比設(shè)定溫度值低于2℃時(shí)，電熱水器通電開始加熱。咱們稱剛斷電停止加熱和從頭通電開始加熱時(shí)的溫度稱為溫度閥值。 5．設(shè)定溫度值從20℃～90℃，每10℃設(shè)定一個(gè)值。重復(fù)步驟2～4。6．記錄數(shù)據(jù)，處置數(shù)據(jù)。五、數(shù)據(jù)搜集與處置t℃2535455565758590/mv/v=(t)=(t)Δt=1℃Aγt/℃/v -/℃表2-1所測(cè)參數(shù)參數(shù)的物理意義：：溫度傳感器的變換電壓A：增益。A== 分辨率：AD7865工作使的參考電壓為，14位寬度，那么此芯片的電壓分辨率為，Δ=V/,因此溫度分辨率為rt=rv/Δ=利用Matlab繪制溫度特性曲線：六、試探題1．問：A/D+D/A的軟件編程？（兩個(gè)模塊，如何用軟件操縱）2．溫度傳感器還有哪些？簡(jiǎn)述一下它們的工作原理3．通過該實(shí)驗(yàn)的硬件結(jié)構(gòu)，設(shè)計(jì)一個(gè)簡(jiǎn)單數(shù)字存儲(chǔ)示波器的程序。實(shí)驗(yàn)三電量測(cè)量與分析一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?．熟悉電壓互感器和電流互感器的工作原理2．把握電量測(cè)量與分析原理3．熟悉電量測(cè)量硬件設(shè)計(jì)原理4．熟悉電量測(cè)量軟件設(shè)計(jì)方式二、實(shí)驗(yàn)儀器PC機(jī)、示波器、綜合實(shí)驗(yàn)板、數(shù)字表、電熱水器三、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)原理1．硬件設(shè)計(jì)原理電量分析原理實(shí)際負(fù)載并非是完全的純電阻特性，是既包括線性的電阻、電容和電感器件，也包括二極管、三極管等非線性器件，因此在220V正弦電壓的作用下，負(fù)載兩頭的電流不在是正弦信號(hào)，而是含有豐碩諧波分量的非正弦周期信號(hào)，電量參數(shù)的測(cè)試較為復(fù)雜。可是利用高度集成化的計(jì)算電量芯片CS5460A能夠方便地設(shè)計(jì)出一個(gè)電量測(cè)試系統(tǒng)。為了便于分析測(cè)量地?cái)?shù)據(jù)，現(xiàn)將相關(guān)電路理論論述如下：①關(guān)于正弦周期信號(hào) 瞬時(shí)電壓： 瞬時(shí)電流： 瞬時(shí)功率： 有效電壓： 有效電流： 有效功率： 視在功率: 無(wú)功功率： 功率因素： 電壓與電流的相位差：②非正弦周期信號(hào)非正弦信號(hào)又分為周期的和非周期的兩種。關(guān)于周期的非正弦周期信號(hào)，第一應(yīng)用數(shù)學(xué)中的傅立葉級(jí)數(shù)展開方式，將其分解為一系列不同頻率的正弦分量之和，再依照線性電路的疊加定理，別離計(jì)算在各個(gè)正弦分量單獨(dú)作用下在電路中產(chǎn)生的同頻正弦電流、電壓分量；最后，把所得分量按時(shí)域形式疊加，就能夠夠取得電路在非正弦周期鼓勵(lì)下的穩(wěn)態(tài)電流和電壓。這種方式稱為諧波分析法。它事實(shí)上是把非正弦周期電流電路的計(jì)算化為一系列正弦電流電路的計(jì)算。任一周期電流地有效值I概念為：假設(shè)一非正弦周期電流能夠分解為傅立葉級(jí)數(shù)：將帶入有效值公式，那么得此電流得有效值為：計(jì)算得瞬時(shí)功率為：平均功率為：其中：，，，負(fù)載特性：①純阻狀態(tài)下，i圖與u圖一樣，為正弦波；②非純阻狀態(tài)下，u圖為正弦波，i圖為非正弦波。硬件框圖圖3-1硬件原理框圖各部份原理 本實(shí)驗(yàn)頂用了4塊集成芯片，還有互感器、雙向可控硅和三種負(fù)載等。 ①互感器部份電路圖3-2互感器部份電路示用意電壓互感器通過一個(gè)繞組，將高電壓轉(zhuǎn)換為低電壓。輸出電壓與輸入電壓同頻同相。本實(shí)驗(yàn)中利用兩個(gè)互感線圈的匝數(shù)比，將輸入端約220V的交流電壓轉(zhuǎn)換成為小于250mV的低電壓。電流互感器類似。說明：通過鍵盤設(shè)定一個(gè)工作溫度，使電路內(nèi)部的開關(guān)閉合，如此左側(cè)的電路才有電壓輸出，使負(fù)載開始工作。才能用來(lái)測(cè)量其他的電量參數(shù)，不然，在電路板數(shù)碼管上只有電壓的值，其他參數(shù)的值都為零。 ②電量測(cè)量芯片CS5460A本實(shí)驗(yàn)中所運(yùn)用的A/D芯片是CS5460A，既適用于交流電路又適用于直流電路。5460是一款高度集成的模數(shù)轉(zhuǎn)換器，它在單一芯片上集成了兩個(gè)轉(zhuǎn)換器、高速功率計(jì)算功能和一個(gè)串行接口。該芯片是為精準(zhǔn)測(cè)量和計(jì)算而設(shè)計(jì)的，可用于單項(xiàng)2－3線功率測(cè)量設(shè)備的能量、瞬時(shí)功率、和的測(cè)量。CS5460A可與一個(gè)低本錢旁路電阻或變壓器相聯(lián)接以電流，也可與電阻分割器或測(cè)量用變壓器相聯(lián)接以測(cè)量電壓。CS5460A帶有一個(gè)與微操縱器通信的雙向串口和一個(gè)與供電成正比的可編程頻率輸出。CS5460A的片上功能還包括直流或交流系統(tǒng)校準(zhǔn)。該芯片的性能優(yōu)于其他計(jì)量芯片，要緊表此刻：①轉(zhuǎn)換精度高，測(cè)量功能強(qiáng)。自身轉(zhuǎn)換精度達(dá)到級(jí)，能夠?qū)崿F(xiàn)級(jí)的測(cè)量?jī)x表?？蓽y(cè)量瞬時(shí)電流、瞬時(shí)電壓、瞬時(shí)功率、電流有效值、電壓有效值、功率有效值和電能計(jì)量。②外圍器件少，具有片內(nèi)看門狗按時(shí)器（WatchDogTimer）與內(nèi)部電源監(jiān)視器。該芯片只用很少的外圍器件即可實(shí)現(xiàn)轉(zhuǎn)換功能，確保了儀表的轉(zhuǎn)換精度及穩(wěn)固性。③接口方便。器件本身形成雙向接口，雙向串行口與內(nèi)部寄放器陣列能夠方便地與微處置器連接，并有功能很強(qiáng)地內(nèi)部寄放器數(shù)組，僅用5～6跟線即可方便地與單片機(jī)接口。在本實(shí)驗(yàn)中，利用CS5460A芯片來(lái)測(cè)量交流電壓。電流地有效值（U、I），視在功率（S）、有效功率（P）和功率因素（）。依照U和I地概念，在采樣速度很高地情形下，積分運(yùn)算能夠轉(zhuǎn)化為求和運(yùn)算，和即為有效值。連接電路如下：圖3-3電量測(cè)量電路原理圖③單片機(jī)、D/A變換器、鍵盤顯示接口芯片單片機(jī)型號(hào)為AT89C52，D/A變換器型號(hào)為TLV5618，鍵盤顯示接口芯片為ZLG7290。單片機(jī)、D/A變換器電路見前邊的實(shí)驗(yàn)。鍵盤和顯示部份現(xiàn)說明如下：鍵盤配合數(shù)碼管利用，以顯示8位的數(shù)碼管在板子的左上方為參考方位，數(shù)碼管的左四位顯示數(shù)值為當(dāng)前所處狀態(tài)，右四位顯示數(shù)值為對(duì)應(yīng)狀態(tài)的數(shù)值。以數(shù)值表示的狀態(tài)含義如下：0301――當(dāng)前交流電壓0302――當(dāng)前交流電流0303――當(dāng)前視在功率0304――當(dāng)前有功功率0305――當(dāng)前功率因數(shù)測(cè)電量時(shí)，按一下“電量”鍵，即可看到當(dāng)前交流電壓值，設(shè)置一溫度使所測(cè)負(fù)載開始工作，再按一下即為當(dāng)前交流電流值，以此類推，持續(xù)按“電量”鍵，狀態(tài)從“當(dāng)前交流電壓值”到“當(dāng)前功率因數(shù)”依次切換。測(cè)電量時(shí)不用“設(shè)置”鍵。④雙向可控硅見實(shí)驗(yàn)二相關(guān)部份。⑤負(fù)載本實(shí)驗(yàn)中負(fù)載有：電熱水器、顯示器和電腦主機(jī)。2．軟件設(shè)計(jì)原理圖3-4軟件設(shè)計(jì)原理示用意 實(shí)驗(yàn)程序見附錄四、實(shí)驗(yàn)步驟1．按實(shí)驗(yàn)要求連接電路，檢查沒有連接錯(cuò)誤后，給綜合實(shí)驗(yàn)板上電，開始實(shí)驗(yàn)。在實(shí)驗(yàn)的整個(gè)進(jìn)程中要注意平安。2．在實(shí)驗(yàn)板上測(cè)量。將電熱水器作為負(fù)載接入電路，鍵盤設(shè)置一溫度值啟動(dòng)電熱水器工作，按實(shí)驗(yàn)原理測(cè)量電量。3．用示波器測(cè)量。記錄電壓幅、電流幅度值、工作頻率，測(cè)量電壓和電流的相位差，并繪制電壓、電流波形圖。4．別離將顯示器和PC主機(jī)作為負(fù)載，重復(fù)步驟2和3。5．處置數(shù)據(jù)，填寫表格。6．用Matlab畫出三種負(fù)載的電壓和電流波形。五、數(shù)據(jù)的搜集和分析1．?dāng)?shù)據(jù)的搜集與處置負(fù)載參數(shù)熱水器主機(jī)顯示器U/v218220220I/AS65012575P6309332λ/mv180184184/mA6134T/ms202020u（t）180sin(100πt)184sin(100πt)184sin(100πt)i(t)61sin(100πt)14t-35<t<5-14t+1055<t<-14t+175<t<1514t-21015<t<0其他I（t）=342<t<500<t<2,5<t<20/mv/mAφ/°0表3-1實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)實(shí)驗(yàn)中，在綜合實(shí)驗(yàn)板上直接測(cè)量的五個(gè)數(shù)據(jù)的含義為：有效電壓U==有效電流I==視在功率（額定功率）S=UI有效功率P=UIcosφ（0≤φ≤90°）功率因數(shù)（反映電源利用率）λ==cosφ≤1在本實(shí)驗(yàn)中，熱水器可近似為純阻，因此，熱水器的U（t）表達(dá)式能夠近似為正弦形式，I(t)表達(dá)式也能夠近似為正弦形式（如上表1），電流I和電壓U相位差φ為零值。主機(jī)運(yùn)行時(shí)，要緊表現(xiàn)為容抗，因此電流I和電壓U相位差φ為正值（滯后）。顯示器運(yùn)行時(shí)，要緊表現(xiàn)為感抗，因此電流I和電壓U相位差φ為負(fù)值（超前）。依照示波器上顯示的圖形，能夠?qū)⒏鱑（t）和I(t)用上述數(shù)學(xué)表達(dá)式表示（如上表1）2．用Matlab畫出三種負(fù)載的電壓和電流波形六、實(shí)驗(yàn)試探題1．不用專用芯片設(shè)計(jì)，測(cè)量電量的方式還有哪些？第二大類雷達(dá)信號(hào)處置類實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)摘要：雷達(dá)信號(hào)處置類實(shí)驗(yàn)要緊利用雷達(dá)系統(tǒng)產(chǎn)生的雷達(dá)信號(hào)進(jìn)行測(cè)速，和雷達(dá)信號(hào)處置方面的實(shí)驗(yàn)，要求熟悉雷達(dá)的原理和DSP技術(shù)的應(yīng)用，該實(shí)驗(yàn)包括的知識(shí)點(diǎn)有硬件方面：雷達(dá)系統(tǒng)原理，DSP設(shè)計(jì)原理，單片機(jī)技術(shù)等；軟件方面：C語(yǔ)言設(shè)計(jì)，Matlab的應(yīng)用等。實(shí)驗(yàn)要求：在做實(shí)驗(yàn)之前，要通過查閱資料明白得該實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)要求，包括雷達(dá)系統(tǒng)的原理和DSP技術(shù)的應(yīng)用，和單片機(jī)方面的知識(shí)，熟悉C語(yǔ)言和Matlab的編程方式，了解該實(shí)驗(yàn)的硬件設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)，完成以上內(nèi)容才能進(jìn)實(shí)驗(yàn)室做實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)：實(shí)驗(yàn)室的規(guī)章制度教師的安排注意平安實(shí)驗(yàn)報(bào)告撰寫要求：（每人寫一份）實(shí)驗(yàn)?zāi)康膶?shí)驗(yàn)儀器實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)原理（1）硬件設(shè)計(jì)原理（2）軟件設(shè)計(jì)原理4．實(shí)驗(yàn)步驟5．實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)搜集與處置6．畫出硬件電路圖或框圖7．實(shí)驗(yàn)心得體會(huì)實(shí)驗(yàn)四雷達(dá)測(cè)速實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?．了解雷達(dá)測(cè)速的原理；2．了解雷達(dá)測(cè)速的應(yīng)用；3．把握雷達(dá)測(cè)速信號(hào)處置方式。二、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1．觀看測(cè)速雷達(dá)的組成；2．觀看測(cè)速雷達(dá)信號(hào)處置的組成；3．用示波器觀看測(cè)速雷達(dá)的輸出波形；4．通過測(cè)速雷達(dá)測(cè)量并觀看運(yùn)動(dòng)目標(biāo)。三、系統(tǒng)組成測(cè)速雷達(dá)系統(tǒng)要緊由高頻頭、預(yù)處置系統(tǒng)、終端系統(tǒng)和啟動(dòng)器等組成，其原理結(jié)構(gòu)如圖4-1所示。毫米波振蕩器產(chǎn)生毫米波（35GHz）振蕩，設(shè)其頻率為，經(jīng)隔離器加至環(huán)行器，再由天線定向輻射出去，并在空間以電磁波形式傳播，當(dāng)此電磁波在空間碰到目標(biāo)（如車輛、人）時(shí)反射回來(lái)。若是目標(biāo)是運(yùn)動(dòng)的，那么反射回來(lái)的電磁波頻率附加了一個(gè)與目標(biāo)運(yùn)動(dòng)速度成正比的多普勒頻率，使反向回波頻率變成（目標(biāo)臨近飛行取“+”,目標(biāo)遠(yuǎn)離飛行取“-”），此回波被天線接收下來(lái)，經(jīng)環(huán)行器加至混頻器，在混頻器中與經(jīng)環(huán)行器泄漏的信號(hào)（作為本振信號(hào)）進(jìn)行混頻?；祛l器為非線性元件，其輸出有多種和差頻率如等，經(jīng)前置放大器選頻得多普勒信號(hào)（頻率為），送至預(yù)處置系統(tǒng)的主放大器，主放大器附有自動(dòng)增益操縱與手動(dòng)增益操縱電路。手動(dòng)增益用來(lái)調(diào)整放大器的總增益，自動(dòng)增益操縱用來(lái)增加放大器的動(dòng)態(tài)范圍。多普勒信號(hào)經(jīng)放大器放大，送至帶通濾波器，此信號(hào)再送到終端系統(tǒng)的高速采樣ADC，并將結(jié)果送入高速緩存區(qū)，由數(shù)字處置器（DSP）計(jì)算出目標(biāo)的速度信息實(shí)時(shí)顯示出來(lái)。圖4-1毫米波測(cè)速雷達(dá)系統(tǒng)原理結(jié)構(gòu)圖四、大體原理如前所述，毫米波測(cè)速雷達(dá)的測(cè)速原理是利用電磁波在空間傳播碰到運(yùn)動(dòng)目標(biāo)時(shí)產(chǎn)生多普勒效應(yīng)來(lái)進(jìn)行的。即雷達(dá)發(fā)射的電磁波（頻率為）碰到運(yùn)動(dòng)目標(biāo)時(shí)所產(chǎn)生的回波信號(hào)，頻率為，為多普勒頻率，它與目標(biāo)徑向速度的關(guān)系為：其中，為光速，為目標(biāo)徑向速度，為雷達(dá)發(fā)射的電磁波頻率（35GHz），為發(fā)射電磁波的波長(zhǎng)（8mm）。由此得：由此可見，只要測(cè)得（和是已知的），即可由公式求出徑向速度。測(cè)量大致有2種方式：時(shí)域法和頻域法。若是雷達(dá)工作環(huán)境惡劣（如有地物雜涉及各類干擾），會(huì)使接收到的多普勒信號(hào)的“背景”十分復(fù)雜，信噪比大大降低，采納傳統(tǒng)的時(shí)域處置方式對(duì)被淹沒在干擾和噪聲中的多普勒信號(hào)檢出或識(shí)別往往是困難的，使得測(cè)頻精度明顯下降。而采納頻域譜分析方式，選擇適合的采樣頻率及適當(dāng)?shù)拇翱?，能夠大大提高測(cè)頻精度和靠得住性。該測(cè)速雷達(dá)就采納頻域譜分析方式測(cè)量，進(jìn)而取得目標(biāo)的徑向運(yùn)動(dòng)速度。五、數(shù)字信號(hào)處置雙端口存儲(chǔ)器顯示器（LED）雙端口存儲(chǔ)器顯示器（LED）DSP（TMS320VC33）串行通信圖4-2由DSP（TMS320VC33）組成的數(shù)字信號(hào)處置系統(tǒng) 頻域譜分析的方式由圖2所示的數(shù)字信號(hào)處置系統(tǒng)完成，該系統(tǒng)由DSP（TMS320VC33）、雙端口存儲(chǔ)器等組成。DSP一方面完成頻域譜分析算法，再按上述公式轉(zhuǎn)換成目標(biāo)的徑向運(yùn)動(dòng)速度，并在顯示器（LED）上直觀地顯示出來(lái)，另一方面將原始數(shù)據(jù)和頻域譜分析結(jié)果通過RS485串行通信口送給PC機(jī)，在CRT上顯示出來(lái)。

實(shí)驗(yàn)五線性調(diào)頻脈沖緊縮實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?．了解線性調(diào)頻脈沖緊縮的工作原理；2．了解線性調(diào)頻脈沖信號(hào)加權(quán)處置的工作原理；3．了解脈壓系統(tǒng)組成方塊圖的組成原理；4．把握脈沖緊縮信號(hào)的“緊縮比”和“主旁瓣比”的測(cè)量方式。二、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1．觀看實(shí)驗(yàn)室脈壓裝置——數(shù)字信號(hào)處置系統(tǒng)的組成；2．觀看各組成部份的輸入、輸出波形；3．觀看線性調(diào)頻脈沖信號(hào)因幅度失真而引發(fā)的成對(duì)回波；4．觀看“脈壓”系統(tǒng)的距離分辯力；5．用示波器測(cè)量“脈沖緊縮比”和“主旁瓣比”。三、線性調(diào)頻脈沖信號(hào)處置系統(tǒng)工作原理線性調(diào)頻矩形脈沖信號(hào)的復(fù)數(shù)表達(dá)式為：其中u(t)為信號(hào)復(fù)包絡(luò)：式中T為脈沖寬度，信號(hào)的瞬時(shí)頻率可寫成：瞬時(shí)頻率f(t)與時(shí)刻成線性關(guān)系，因此稱為線性調(diào)頻信號(hào)。其中k=B/T稱為調(diào)頻斜率，B為調(diào)頻帶寬，即信號(hào)的帶寬。線性調(diào)頻信號(hào)的脈沖緊縮是通過匹配濾波器取得的，若是輸入信號(hào)的頻率特性為：那么匹配濾波器的頻率特性應(yīng)知足下式：假設(shè)令：那么可得：上式中緊縮濾波器的群延遲特性(頻率－延時(shí)特性)為：是與濾波器物理實(shí)現(xiàn)有關(guān)的一個(gè)附加延時(shí)?？傻镁€性調(diào)頻脈沖緊縮濾波器的輸出信號(hào)為：實(shí)際情形下取實(shí)信號(hào)表示為：當(dāng)輸入信號(hào)有ξ的多普勒頻率時(shí)，匹配濾波器的輸出表達(dá)式為：上式說明當(dāng)ξ=0時(shí)，輸出脈沖具有sinc函數(shù)型包絡(luò)，-4dB主瓣寬度為1/B，第一旁瓣高度約為，其它旁瓣隨其離主瓣的距離x按l/x的規(guī)律衰減，旁瓣零點(diǎn)距離為1/B。若是輸入脈沖幅度為1，且匹配濾波器在通帶內(nèi)傳輸系數(shù)為1，那么輸出脈沖幅度為，D=BT表示輸入脈沖和輸出脈沖的寬度比，稱為緊縮比。當(dāng)ξ=0時(shí)，sinc函數(shù)包絡(luò)將產(chǎn)生位移，引發(fā)測(cè)距誤差，同時(shí)輸出脈沖幅度略有下降。圖5-1線性調(diào)頻信號(hào)的匹配濾波輸出如圖1所示，線性調(diào)頻信號(hào)通過匹配濾波器的輸出信號(hào)，其第一副瓣電平(最大副瓣的高度依照主瓣幅度歸一化后)約為，太大的副瓣會(huì)阻礙對(duì)臨近弱目標(biāo)的檢測(cè)。為了降低太高的距離旁瓣，需要對(duì)用適當(dāng)?shù)拇昂瘮?shù)對(duì)信號(hào)頻譜進(jìn)行加權(quán)。最經(jīng)常使用的方式是對(duì)匹配濾波器的權(quán)值進(jìn)行頻域或時(shí)域進(jìn)行窗函數(shù)加權(quán)。經(jīng)常使用的窗有hamming窗、Taylor窗等。對(duì)線性調(diào)頻信號(hào)，也能夠進(jìn)行時(shí)域加窗，時(shí)域加權(quán)和頻域加權(quán)的結(jié)果是大致等效的。若是采納了窗函數(shù)加權(quán)，副瓣電平將大大降低，但同時(shí)加權(quán)引發(fā)的失配也會(huì)使主瓣展寬和產(chǎn)生必然的信噪比損失。上式給出了某些經(jīng)常使用的窗函數(shù)的統(tǒng)一表示，其中B表示信號(hào)帶寬。上式中，當(dāng)k=,n=2時(shí)，是hamming窗；當(dāng)k=,n=4時(shí)，是hanning窗；當(dāng)k=0,n=4時(shí)，是余弦四次方窗。峰值副瓣電平理論值別離為-43dB、-32dB和-47dB。如：加hamming窗時(shí)，可使第一副瓣降至-43dB，帶來(lái)的是信噪比損失，-3dB主瓣展寬倍。圖二、3所示為帶寬2MHz，時(shí)寬10us，載頻(中心頻率)為10MHz的線性調(diào)頻脈沖信號(hào)的脈沖緊縮和加權(quán)處置結(jié)果。圖5-2LFM信號(hào)通過匹配濾波器的輸出圖5-3時(shí)域加權(quán)的脈壓輸出結(jié)果四、用示波器測(cè)量主旁瓣比和緊縮比1．主旁瓣比測(cè)量方式一：用示波器讀出主旁瓣幅度在示波器上所占格數(shù)依照衰減器之V／CM讀出幅值進(jìn)行計(jì)算。方式二：用示波器測(cè)量主峰的幅度，再測(cè)量旁瓣的幅度，然后依照下式計(jì)算主旁瓣比：式中，M為主峰的幅度，N為旁瓣的幅度。2．緊縮比測(cè)量用示波器測(cè)出緊縮前后二者脈寬即可計(jì)算。緊縮后脈寬以主峰值半功率點(diǎn)處寬度為準(zhǔn)。注：用示波器測(cè)信號(hào)幅值和時(shí)寬時(shí)，Y、X軸的“校正”旋鈕必然要放對(duì)，否則讀出數(shù)值是不對(duì)的，但在測(cè)量的是比值因此能夠不經(jīng)校正。實(shí)驗(yàn)六匹配濾波器實(shí)驗(yàn)該實(shí)驗(yàn)裝置采納最新的科研功效和超大規(guī)模集成電路，由雷達(dá)信號(hào)產(chǎn)生器、匹配濾波器電路、數(shù)模轉(zhuǎn)換電路和電源等部份組成，是一個(gè)通用的匹配濾波器實(shí)驗(yàn)裝置，能夠完成經(jīng)常使用匹配濾波器信號(hào)的處置。一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康膌．了解匹配濾波器的工作原理；2．把握脈壓信號(hào)的緊縮比、主旁瓣比、碼元寬度的測(cè)量方式；3．加深和鞏固課堂所學(xué)有關(guān)距離分辨力、橫向?yàn)V波器和匹配濾波方面知識(shí)。二、實(shí)驗(yàn)器材匹配濾波器實(shí)驗(yàn)箱，模擬示波器，穩(wěn)壓電源三、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容圖6-1匹配處理系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)箱圖6-1匹配處理系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)箱實(shí)驗(yàn)箱OUT1端口為原始波形信號(hào)輸出，OUT2端口為信號(hào)匹配濾波輸出。數(shù)碼管用以顯示當(dāng)前信號(hào)波形和頻率指示，K1～K8用來(lái)選擇波形和當(dāng)前信號(hào)頻率。其含義如下：1．按鍵K1：數(shù)碼管顯示P。單脈沖。周期1ms；脈沖寬度30us。2．按鍵K2：數(shù)碼管顯示SP。脈沖串。周期1ms；脈沖寬度10us。一個(gè)周期有7個(gè)單脈沖。3．按鍵K3：數(shù)碼管顯示31。31位m序列。無(wú)窮長(zhǎng)；碼元寬度1us。4．按鍵K4：數(shù)碼管顯示P31。31位PN截?cái)啻a。周期1ms；碼元寬度1us。5．按鍵K5：數(shù)碼管顯示b13。13位巴克碼。周期1ms；碼元寬度1us。6．按鍵K6：數(shù)碼管顯示cb47。4位/7位組合巴克碼。周期1ms；碼元寬度1us。7．按鍵K7：數(shù)碼管顯示c32。雙路32位互補(bǔ)碼。周期1ms；碼元寬度1us。8．按鍵K8：數(shù)碼管顯示c321。輸出其中一路32位互補(bǔ)碼。周期1ms；碼元寬度1us。注：(1)每次按鍵，實(shí)驗(yàn)箱OUT1輸出碼元信號(hào)，OUT2相對(duì)應(yīng)的匹配輸出。(2)同一按鍵再按一次，碼元寬度增加，數(shù)碼管顯示帶小數(shù)點(diǎn)。四、實(shí)驗(yàn)步驟1.檢查實(shí)驗(yàn)箱電源，和信號(hào)輸出的連接方式；2.打開實(shí)驗(yàn)箱電源和示波器，調(diào)整示波器使觀看信號(hào)最正確；2.按鍵K1，數(shù)碼管顯示P，觀看OUT1輸出的單脈沖信號(hào)和OUT2輸出的匹配濾波信號(hào)，記錄輸出波形；3.用示波器測(cè)量緊縮比、主旁瓣比、碼元寬度等參數(shù)；4.再次按鍵K1，改變單脈沖信號(hào)碼元寬度，LED4顯示帶小數(shù)點(diǎn)。觀看信號(hào)及匹配濾波輸出的改變，測(cè)量各項(xiàng)參數(shù)。5.依次按鍵K2～K7，選擇不同的輸入信號(hào)，重復(fù)步驟2～4，觀看波形，記錄數(shù)據(jù)。6.關(guān)閉實(shí)驗(yàn)電源，總結(jié)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。五、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)將實(shí)驗(yàn)記錄數(shù)據(jù)填入下表，進(jìn)行分析。序號(hào)信號(hào)波形碼元寬度壓縮比主旁瓣比1單脈沖2脈沖串331位m序列431位PN截?cái)啻a513位巴克碼64位/7位組合巴克碼7雙路32位互補(bǔ)碼832位互補(bǔ)碼其中一路表6-1數(shù)據(jù)測(cè)量

第三大類鎖相與頻率合成類實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)摘要：鎖相與頻率合成類實(shí)驗(yàn)要緊利用超大規(guī)模集成芯片完成鎖相環(huán)和信號(hào)發(fā)生器的設(shè)計(jì)，通過單片機(jī)系統(tǒng)操縱各類功能，該實(shí)驗(yàn)包括的知識(shí)點(diǎn)有硬件方面：鎖相與頻率合成技術(shù)，單片機(jī)技術(shù)，數(shù)字電路技術(shù)等；軟件方面：匯編語(yǔ)言設(shè)計(jì)，C51語(yǔ)言設(shè)計(jì)，Protel電路圖設(shè)計(jì)等。實(shí)驗(yàn)要求：在做實(shí)驗(yàn)之前，要通過查閱資料明白得該實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)要求，包括硬件芯片的原理和功能，和單片機(jī)方面的知識(shí)，熟悉匯編語(yǔ)言和C51語(yǔ)言的編程方式，完成該實(shí)驗(yàn)的硬件設(shè)計(jì)和軟件設(shè)計(jì)，完成以上內(nèi)容才能進(jìn)實(shí)驗(yàn)室做實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)：遵守實(shí)驗(yàn)室的規(guī)章制度聽從教師的安排注意平安實(shí)驗(yàn)報(bào)告撰寫要求：（每人寫一份）實(shí)驗(yàn)?zāi)康膶?shí)驗(yàn)儀器實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)原理（1）硬件設(shè)計(jì)原理（2）軟件設(shè)計(jì)原理4．實(shí)驗(yàn)步驟5．實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)搜集與處置6．畫出硬件電路圖或框圖7．試探題8．實(shí)驗(yàn)心得體會(huì)實(shí)驗(yàn)七數(shù)字頻率合成器設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?.把握鎖相環(huán)及頻率合成器原理。2.利用數(shù)字鎖相環(huán)CD4046設(shè)計(jì)制作頻率合成器。3.利用有源濾波器將CD4046輸出方波。二、實(shí)驗(yàn)原理1．鎖相頻率合成器原理鎖相頻率合成器是基于鎖相環(huán)路的同步原理，由一個(gè)高準(zhǔn)度、高穩(wěn)固度的參考晶體振蕩器，合成出許多離散頻率。即將某一基準(zhǔn)頻率通過鎖相環(huán)（PLL）的作用，產(chǎn)生需要的頻率。原理框圖如圖7-1所示。圖7-1鎖相環(huán)原理框圖由圖7-1可知，晶體振蕩器的頻率經(jīng)固定分頻后取得步進(jìn)參考頻率，將信號(hào)作為鑒相器的基準(zhǔn)與分頻器的輸出進(jìn)行比較，鑒相器的輸出正比與兩路輸入信號(hào)是相位差，經(jīng)環(huán)路濾波器取得一個(gè)平均電壓，操縱壓控振蕩器（VCO）頻率的轉(zhuǎn)變，使鑒相器的兩路輸入信號(hào)相位差不斷減小，直到鑒相器的輸出為零或?yàn)槟骋恢绷麟娖?，這時(shí)稱為鎖定。鎖定后的頻率為即。當(dāng)預(yù)置分頻數(shù)轉(zhuǎn)變時(shí)，輸出信號(hào)頻率隨著發(fā)生轉(zhuǎn)變。鎖相環(huán)中的濾波器時(shí)刻常數(shù)決定了跟從輸入信號(hào)的速度，同時(shí)也限制了鎖相環(huán)的捕捉范圍，詳細(xì)原理見參考書。2．CD4046鎖相環(huán)工作原理數(shù)字鎖相環(huán)CD4046由兩個(gè)鑒相器、一個(gè)壓控振蕩器、一個(gè)源極跟從器和一個(gè)齊納二極管組成。鑒相器有兩個(gè)共用輸入端和，輸入端既能夠與大信號(hào)直接匹配，又可直接與小信號(hào)相接。自偏置電路可在放大器的線性區(qū)調(diào)整小信號(hào)電壓增益。鑒相器Ⅰ為異或門，鑒相器Ⅱ?yàn)樗慕M邊沿觸發(fā)器。由于CD4046的兩個(gè)鑒相器輸入信號(hào)均為數(shù)字信號(hào)，因此稱CD4046位數(shù)字鎖相環(huán)。壓控振蕩器的輸出除受輸入電壓的操縱外，還受禁止端INH的操縱。當(dāng)禁止端INH為高電平常，禁止VCO和源極跟從器工作；當(dāng)禁止端INH為低電平常，許諾VCO和源極跟從器輸出。齊納二極管用來(lái)輔助電源電壓的調(diào)整。CD4046的功能框圖和管腳排列如圖7-2所示。圖7-2CD4046管腳排列和功能框圖由于鑒相器Ⅰ為異或門，利歷時(shí)要求兩個(gè)輸入信號(hào)必需都是占空比為50%為對(duì)稱方波，現(xiàn)在它的鑒相范圍是，不然線性鑒相范圍將減小。在頻率合成器中，由于環(huán)路中的分頻輸出信號(hào)一樣都不是對(duì)稱方波，故都不利用鑒相器Ⅰ。鑒相器Ⅱ?yàn)樗慕MRS邊沿觸發(fā)器，它具有鑒相/鑒頻的功能，不像鑒相器Ⅰ依托電平鑒相，鑒相器Ⅱ是依據(jù)脈沖邊沿進(jìn)行鑒相，對(duì)占空比無(wú)特殊要求，因此常利用在頻率合成器中。鑒相器Ⅱ在不同輸入相位差下輸出的時(shí)域波形及鑒相特性曲線如7-3所示。圖7-3鑒相器Ⅱ的時(shí)域波形和鑒相特性因?yàn)殍b相器Ⅱ輸出級(jí)是由一個(gè)增強(qiáng)型P溝道場(chǎng)效應(yīng)管和一個(gè)增強(qiáng)型N溝道場(chǎng)效應(yīng)管組成的三態(tài)驅(qū)動(dòng)電路，當(dāng)管腳上的參考頻率高于管腳上的比較信號(hào)頻率時(shí)，鑒相器Ⅱ輸出管腳電壓中的直流分量增加，這一增加的直流分量操縱VCO振蕩頻率迅速提高；當(dāng)?shù)陀诠苣_上的比較信號(hào)頻率時(shí)，管腳電壓中的直流分量減小，而這一減小的直流分量操縱VCO振蕩頻率迅速降低。管腳的脈沖寬度說明了相位差的大小，當(dāng)兩個(gè)輸入信號(hào)相同時(shí)，那么輸出呈高阻狀態(tài)。VCO的輸出頻率最高不超過（74HC4046為15MHz左右），決定振蕩頻率的不僅和電源電壓有關(guān)，而且與外接阻容元件有關(guān)。振蕩頻率的按時(shí)元件有、和電容，無(wú)信號(hào)輸入時(shí)，VCO將振蕩在最低頻率上。當(dāng)利用不同電源時(shí)，與的關(guān)系、與的關(guān)系、/和/的關(guān)系如圖7-4(a)、(b)、(c)所示。圖7-4VCO頻率特性參數(shù)3．參考測(cè)量分析（1）VCO的壓控靈敏度與線性度。前已指出，VCO的壓控靈敏度是單位電壓操縱下，VCO輸出角頻率的轉(zhuǎn)變量，記作，概念為理想的壓控靈敏度應(yīng)是不變的，但實(shí)際中的是轉(zhuǎn)變的，如此壓控特性是非線性的，通經(jīng)常使用線性度參量來(lái)描述線性度，越接近1越好，的概念為（2）、及的測(cè)量與計(jì)算為環(huán)路的自然諧振角頻率，為阻尼系數(shù)，為頻率轉(zhuǎn)換時(shí)刻（即頻率合成器輸出從某一頻率跳變到另一頻率的時(shí)刻）。環(huán)路鎖定后，相位差為常量，鑒相器輸出電壓是直流電壓，環(huán)路濾波器輸出也為直流電壓，用示波器可觀測(cè)的狀態(tài)轉(zhuǎn)變，判定環(huán)路是不是入鎖。改變分頻比的數(shù)值，環(huán)路即刻失鎖，假設(shè)頻差在捕捉帶內(nèi)，經(jīng)短時(shí)刻頻率的牽引，又進(jìn)入鎖定狀態(tài)。頻率合成器從失鎖到入鎖的時(shí)刻，稱為頻率轉(zhuǎn)換時(shí)刻。實(shí)際測(cè)量時(shí)，可用一低頻TTL信號(hào)源接到分頻器預(yù)置碼的某一名上。利用低頻信號(hào)源高低電平，取代對(duì)應(yīng)的兩個(gè)可預(yù)置碼，再用示波器同時(shí)觀測(cè)信號(hào)源波形和點(diǎn)的波形，從示波器上讀出峰值時(shí)刻和頻率轉(zhuǎn)換時(shí)刻的特點(diǎn)參數(shù)。對(duì)應(yīng)波形如圖7-5所示。圖7-5分頻比N改變時(shí)的波形圖7-5說明，TTL方波的操縱下，環(huán)路分頻比周期性的改變。鑒相器輸出一個(gè)周期性頻率階躍信號(hào)，從某一電壓開始（或）。經(jīng)歷一個(gè)瞬態(tài)響應(yīng)進(jìn)程，完成頻率牽引和相位鎖定，達(dá)到新的穩(wěn)態(tài)直流電壓（或）。能夠利用和換算出阻尼系數(shù)和自然諧振角頻率。它們別離為CD4046中不包括環(huán)路濾波器，內(nèi)部的鑒相器和壓控振蕩器彼此獨(dú)立，利用者可依照不同要求，合理地設(shè)計(jì)出環(huán)路濾波器參數(shù)，由于VCO輸入阻抗極高，在設(shè)計(jì)環(huán)路濾波器時(shí)能夠不考慮其阻礙。因鎖相環(huán)是一個(gè)典型的自控系統(tǒng)（即相位反饋操縱系統(tǒng)），和是兩個(gè)重要的參量，它對(duì)環(huán)路的性能阻礙專門大。過大時(shí)，環(huán)路濾波器特性變差，輸出相位噪聲增大；過小，在頻率轉(zhuǎn)換進(jìn)程中，的瞬態(tài)過沖較大，致使加長(zhǎng)。通常取值范圍是由頻率合成器的步進(jìn)距離和工作頻率范圍，可計(jì)算出分頻比的轉(zhuǎn)變范圍。一樣取在。環(huán)路濾波器通常利用積分濾波器和無(wú)源比例積分器，如圖7-6(a)和7-6(b)所示。圖圖7-6兩種環(huán)路濾波器（a）RC積分器(b)無(wú)源比例積分器關(guān)于利用積分器的頻率合成器，有式中，是鑒相靈敏度，對(duì)數(shù)字電路的鑒相器，是固定值。CD4046鑒相器Ⅱ鑒相靈敏度為。電容的取值范圍為。關(guān)于利用無(wú)源比例積分器的頻率合成器，有值得提到的是，假設(shè)采納一節(jié)積分器作為環(huán)路濾波器，它的穩(wěn)固性、頻率捕捉范圍等性能較差，因此應(yīng)用較少。無(wú)源比例濾波器具有兩個(gè)獨(dú)立的時(shí)刻常數(shù)，因此和大體上能獨(dú)立選擇，這種靈活性使它取得普遍應(yīng)用。4．整體設(shè)計(jì)方案整體設(shè)計(jì)方案的參考框圖如圖7-7所示。方案要求頻率合器的工作范圍在100~160kHz,輸出為方波等。數(shù)字鎖相環(huán)CD4046中的VCO輸出為單極性多諧振蕩方波，因CD4046的管腳5加低電平常VCO起振、加高電平停振（VCO高阻輸出）。CD4046中集成了兩個(gè)鑒相器，即PDⅠ和PDⅡ，前者為異或門（不用），后者是觸發(fā)器型鑒相器（選用）。分頻器限定采納計(jì)數(shù)器CD4522。采納三片CD4522組成分頻器時(shí)，每片的預(yù)置端（ABCD）要置入數(shù)碼。三、要緊設(shè)計(jì)指標(biāo)1．輸出頻率范圍：100~160kHz，頻率步進(jìn)距離10kHz。圖7-7整體設(shè)計(jì)框圖2．限定利用數(shù)字鎖相環(huán)CD4046，要求輸出信號(hào)為方波。3．在頻率轉(zhuǎn)換10kHz步進(jìn)距離時(shí)，要求頻率轉(zhuǎn)換時(shí)刻小于5ms。4．設(shè)計(jì)利用5V穩(wěn)壓電源。四、設(shè)計(jì)內(nèi)容要求1．自行設(shè)計(jì)全數(shù)電路，初步計(jì)算確信鎖相環(huán)CD4046外圍元件參數(shù)。2．制作與調(diào)試電路，測(cè)量VCO壓控特性和靈敏度，測(cè)量頻率轉(zhuǎn)換時(shí)刻，測(cè)出各個(gè)鎖定頻率點(diǎn)，完成設(shè)計(jì)功能指標(biāo)要求。3．繪制出整體電路，整理測(cè)試數(shù)據(jù)，并與計(jì)算數(shù)據(jù)對(duì)照，假設(shè)有不同分析其緣故。4．寫出設(shè)計(jì)報(bào)告。報(bào)告內(nèi)容要求電路、數(shù)據(jù)齊全，按時(shí)上交。實(shí)驗(yàn)八鎖相環(huán)電路參數(shù)測(cè)試實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?.把握VCO壓控振蕩器的大體工作原理，加深對(duì)大體鎖相環(huán)工作原理的明白得；2.熟悉鎖相式數(shù)字頻率合成器的電路組成與工作原理。二、電路工作原理本單元可做大體鎖相環(huán)和鎖相式數(shù)字頻率合成器兩個(gè)實(shí)驗(yàn)。整體框圖如圖8-1，電路原理圖如8-2所示。1．4046鎖相環(huán)芯片介紹4046鎖相環(huán)的功能框圖如圖8-3所示。外引線排列管腳功能簡(jiǎn)要介紹：第1引腳（PD）：相位比較器2輸出的相位差信號(hào)，為上升沿操縱邏輯。第2引腳（PD）：相位比較器1輸出的相位差信號(hào)，它采納異或門結(jié)構(gòu)，即鑒相特性為PD＝PD⊕PD第3引腳（PD）：相位比較器輸入信號(hào)，通常PD為來(lái)自VCO的參考信號(hào)。第4引腳（VCO）：壓控振蕩器的輸出信號(hào)。第5引腳（INH）：操縱信號(hào)輸入，假設(shè)INH為低電平，那么許諾VCO工作和源極跟從器輸出；假設(shè)INH為高電平，那么相反，電路將處于功耗狀態(tài)。第6引腳（CI）：與第7腳之間接一電容，以操縱VCO的振蕩頻率。第7引腳（CI）：與第6腳之間接一電容，以操縱VCO的振蕩頻率。第8引腳（GND）：接地。第9引腳（VCO）：壓控振蕩器的輸入信號(hào)。第10引腳（SF）：源極跟從器輸出。第11引腳（R）：外接電阻至地，別離操縱VCO的最高和最低振蕩頻率。第12引腳（R）：外接電阻至地，別離操縱VCO的最高和最低振蕩頻率。第13引腳（PD）：相位比較器輸出的三態(tài)相位差信號(hào)，它采納PD、PD上升沿操縱邏輯。第14引腳（PD）：相位比較器輸入信號(hào)，PD輸入許諾將左右的小信號(hào)或方波信號(hào)在內(nèi)部放大并再通過整形電路后，輸出至相位比較器。第15引腳（V）：內(nèi)部獨(dú)立的齊納穩(wěn)壓二極管負(fù)極，其穩(wěn)壓值≈5～8V，假設(shè)與TTL電路匹配時(shí)，能夠用來(lái)作為輔助電源用。第16管腳（V）：正電源，通常選+5V,或+10V，+15V。2．VCO壓控振蕩器 所謂壓控振蕩器確實(shí)是振蕩頻率受輸入電壓操縱的振蕩器。4046鎖相環(huán)的VCO是一個(gè)線性度很高的多諧振蕩器，它能產(chǎn)生專門好的對(duì)稱方波輸出。電源電壓工作在3V~8V之間。本電路取+5V電源。它利用由門電路組成的RS觸發(fā)器操縱一對(duì)開關(guān)管連番地向按時(shí)電容正向充電和反向充電，從而形成自激振蕩，振蕩頻率與充電電流成正比。與的容量成反比，振蕩頻率不僅與按時(shí)電容、外加操縱電壓有關(guān)而且還與電源電壓有關(guān)，與外接電阻、的比值也有關(guān)。3．鎖相式數(shù)字頻率合成器的工作原理 從圖2可見，U402（MC14522）、U403（MC14522）、U404（MC14522）為三級(jí)可預(yù)置分頻器，全數(shù)采納可預(yù)置BCD碼同步1/N計(jì)數(shù)器MC14522，可由4位小型撥動(dòng)開關(guān)選擇。U40二、U403、U404別離對(duì)應(yīng)著總頻比N的百位、十位、個(gè)位分頻器，U40二、U403、U404的輸入端一方面SW40一、SW40二、SW403別離置入分頻比的百位數(shù)、十位數(shù)、個(gè)位數(shù)以8421BCD碼的形式輸入。 利歷時(shí)按所需分頻比N預(yù)置好SW40一、SW40二、SW403的輸入數(shù)據(jù)，，3位程序分頻器MC14522的數(shù)據(jù)輸入端~別離接有510K的下拉電阻，當(dāng)SW40一、SW40二、SW403沒有對(duì)系統(tǒng)單元數(shù)據(jù)輸入時(shí)，即開路狀態(tài)時(shí)，現(xiàn)在下拉電阻把數(shù)據(jù)輸入端置為“0”電平；鐺鐺SW40一、SW40二、SW403工作時(shí)，那么有相應(yīng)的“1”電平輸入到數(shù)據(jù)輸入端，使之置于“1”電平狀態(tài)，以便程序分頻器進(jìn)行處置。 在圖2電路圖中，當(dāng)程序分頻器的分頻比置成1，也確實(shí)是把SW40一、SW402均斷開，SW403置成“0001”狀態(tài)。這時(shí)，該電路確實(shí)是一個(gè)大體鎖相環(huán)電路。 當(dāng)三級(jí)程序分頻器的N值可由外部輸入進(jìn)行編程操縱時(shí)，該電路確實(shí)是一個(gè)鎖相式數(shù)字頻率合成器電路。輸入頻率轉(zhuǎn)換開關(guān)K401進(jìn)行選擇，當(dāng)K401的2與1相連接，那么把來(lái)自實(shí)驗(yàn)一的時(shí)鐘信號(hào)發(fā)生器1KHz方波信號(hào)輸入到該14引腳；假設(shè)K401的2與3相連接，那么必需用外接信號(hào)源所產(chǎn)生的1KHz方波信號(hào)。通過信號(hào)插座S401引入。當(dāng)鎖相環(huán)鎖定后，可取得： 其中， 代入得：，移項(xiàng)得：由此可知，當(dāng)固定不變時(shí)，改變?nèi)?jí)程序分頻器的分頻比N，VCO的振蕩輸出頻率（也確實(shí)是頻率合成器的輸出頻率）也取得相應(yīng)的改變。如此，只要輸入一個(gè)固定信號(hào)頻率，即可取得一系列所需要的頻率，其頻率距離等于，那個(gè)地址為1KHz。選擇不同的，能夠取得不同的頻率距離。在用實(shí)驗(yàn)一信號(hào)發(fā)生器產(chǎn)生的時(shí)鐘信號(hào)頻率時(shí)，其準(zhǔn)確頻率為，而不是1KHz。因此通過三級(jí)程序分頻器與鎖相實(shí)驗(yàn)后，VCO壓控振蕩器的輸出頻率應(yīng)當(dāng)是的N倍數(shù)。三、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1．大體鎖相環(huán)實(shí)驗(yàn)（1）觀看鎖相環(huán)路的同步進(jìn)程；（2）觀看鎖相環(huán)路的跟蹤進(jìn)程；（3）觀看鎖相環(huán)路的捕捉進(jìn)程；（4）測(cè)試環(huán)路的同步帶與捕捉帶，并計(jì)算它們的帶寬。2．鎖相式數(shù)字頻率合成器實(shí)驗(yàn)（1）在程序分頻器的分頻比N=一、10、100三種情形下：①測(cè)量輸入?yún)⒖夹盘?hào)的波形；②測(cè)量頻率合成器輸出信號(hào)的波形。（2）測(cè)量并觀看最小分頻比與最大分頻比。四、實(shí)驗(yàn)步驟及注意事項(xiàng)1．大體鎖相環(huán)實(shí)驗(yàn)（1）觀看環(huán)路的同步進(jìn)程鎖相環(huán)在鎖定狀態(tài)下，若是輸入信號(hào)參考頻率維持不變，而VCO的振蕩頻率發(fā)生那么漂移致使時(shí)，那么在環(huán)路的反饋操縱作用下，使恢復(fù)仍然維持=的狀態(tài)，這種進(jìn)程叫做同步進(jìn)程。①實(shí)驗(yàn)方式:將圖7-2電路圖中SW40一、SW40二、SW403設(shè)置為001狀態(tài)，現(xiàn)在分頻比為U=1。即將程序分頻器的分頻比設(shè)置為1(預(yù)置為001狀態(tài))。實(shí)驗(yàn)電路的鎖相環(huán)即成為大體鎖相環(huán)。其=/N=/I=②之外接信號(hào)源作參考信號(hào)(加入方波信號(hào)源。接通K401的二、3)。令信號(hào)源輸出一個(gè)參考頻率為50KHz、電平為TTL的參考信號(hào)加于相位比較器的端。在TP402處測(cè)量，咱們可看到，這時(shí)通過環(huán)路的反饋操縱，將偏離前項(xiàng)測(cè)出的的參考值而趨向于，直至也等于外接信號(hào)源的參考頻率值50KHz。這確實(shí)是同步進(jìn)程，大體鎖相環(huán)被外加信號(hào)源鎖定在的頻率上。（2）觀看環(huán)路的跟蹤進(jìn)程鎖相環(huán)進(jìn)入鎖定狀態(tài)后，若是(現(xiàn)等于VCO的振蕩頻率)不變，輸入?yún)⒖碱l率發(fā)生飄移，那么在環(huán)路的反饋操縱作用下，使跟從著的轉(zhuǎn)變而轉(zhuǎn)變，以維持=的環(huán)路鎖定狀態(tài)。這種進(jìn)程叫做跟蹤進(jìn)程。實(shí)驗(yàn)方式：在上面實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上將外加信號(hào)源的頻率(參考頻率)逐次改變(模擬產(chǎn)生的漂移)，每改變一次，觀看一次的數(shù)值，能夠看到，隨的轉(zhuǎn)變=的狀態(tài)（3）觀看環(huán)路的捕捉進(jìn)程鎖相環(huán)在初始失鎖狀態(tài)下，通過環(huán)路反饋操縱作用，使VCO的振蕩頻率調(diào)整=的鎖定狀態(tài)，那個(gè)進(jìn)程稱為捕捉進(jìn)程。實(shí)驗(yàn)方式：電路連接同前項(xiàng)，TP402處接頻率計(jì)，測(cè)量的數(shù)值，實(shí)驗(yàn)開始時(shí)將信號(hào)源頻率()遠(yuǎn)離VCO的中心振蕩頻率(如令高于或遠(yuǎn)低于1KHz)使環(huán)路處于失鎖狀態(tài)，即，然后將從高端緩慢地降低(或從低端緩慢地升高)，當(dāng)降低(或升高)到必然數(shù)值，頻率計(jì)顯示等于時(shí)即捕捉到了環(huán)路進(jìn)入鎖定狀態(tài)。（4）測(cè)試環(huán)路的同步帶與捕捉帶實(shí)驗(yàn)方式：電路連接同前項(xiàng)，令信號(hào)源頻率(fR)等于50KHz。這時(shí)環(huán)路應(yīng)處于鎖定狀態(tài)（fv＝fR）。①慢慢增加信號(hào)源的頻率，直至環(huán)路失鎖（fv＝fR）?，F(xiàn)在信號(hào)源的輸出頻率確實(shí)是同步帶的最高頻率。②慢慢減小信號(hào)源的頻率，直到環(huán)路鎖定，現(xiàn)在信號(hào)源的輸出頻率確實(shí)是捕捉帶的最高頻率。③繼續(xù)慢慢減小信號(hào)源的頻率，直至環(huán)路失鎖，現(xiàn)在信號(hào)源的輸出頻率確實(shí)是同步帶的最低頻率。④慢慢增加信號(hào)源的頻率，直至環(huán)路鎖定。現(xiàn)在信號(hào)源的輸出頻率確實(shí)是捕捉帶的最低頻率。2．鎖相式數(shù)字頻率合成器實(shí)驗(yàn)（1）測(cè)量UR的頻率和波形。用示波器頻率計(jì)在TP401上測(cè)量，應(yīng)為f＝1KHz，高電平＝，低電平＝0V。（2）測(cè)量UV的頻率和波形（在TP402）正常工作時(shí)UV的波形應(yīng)和UR同頻同相，但UV的占空比與程序分頻器的分頻比N有關(guān)。假設(shè)N＝1時(shí)（K420接2－3腳），與UR的波形相同；N不等于1時(shí)（K402接1－2腳），UV波形的占空比小于50％。（3）檢查最小分頻比和最大分頻比。將SW403，SW402都置于0位，SW401從置入十進(jìn)制數(shù)9開始，慢慢減置數(shù)值，當(dāng)輸出頻率不符合f0＝NfR的關(guān)系時(shí)，表示fR已不能鎖定VCO的頻率。頻率合成器已不能正常工作。那么能知足f0＝NfR關(guān)系式的最小的分頻比值，即為該合成器的最小分頻比。同理，增大N的數(shù)值能夠知足f0＝NfR關(guān)系式的最大的分頻比值，即為該合成器的最大分頻比。本合成器分頻比的范圍知足1～999。五、測(cè)量點(diǎn)說明TP401：VCO輸入?yún)⒖夹盘?hào)，即相位比較器輸入信號(hào)，它由開關(guān)K401進(jìn)行選擇：1腳與2腳相連：外加方波信號(hào)TTL電平由S103輸入端輸入；2腳與3腳相連：由CPLD內(nèi)時(shí)鐘信號(hào)電路送入1KHz的方波信號(hào)作為VCO的輸入?yún)⒖夹盘?hào)輸入。TP402：相位比較器輸入信號(hào)，通常PD為來(lái)自VCO的參考信號(hào)。TP403：VCO壓控振蕩器的輸出信號(hào)。

實(shí)驗(yàn)九DDS信號(hào)源的設(shè)計(jì)一、設(shè)計(jì)目的學(xué)習(xí)把握DDS信號(hào)源的原理設(shè)計(jì)。了解專用AD9850集成電路芯片功能，用專用芯片設(shè)計(jì)DDS信號(hào)源。學(xué)習(xí)把握一種單片機(jī)的編程技術(shù)與單片機(jī)的外圍電路設(shè)置，實(shí)現(xiàn)與專用芯片的對(duì)接。二、DDS工作原理簡(jiǎn)介目前頻率合成要緊有三種方式：直接模擬電路實(shí)現(xiàn)法、鎖相環(huán)合成法和直接數(shù)字合成法。直接模擬電路實(shí)現(xiàn)法利用倍頻、分頻、混頻及濾波，從單一或幾個(gè)參數(shù)頻率中產(chǎn)生多個(gè)所需的頻率。該方式頻率轉(zhuǎn)換時(shí)刻快，可是體積大、功耗大，目前已有慢慢被淘汰的趨勢(shì)。鎖相環(huán)合成法通過鎖相環(huán)完成頻率的加、減、乘、除運(yùn)算。該方式結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化、便于集成，且頻譜純度高，目前利用比較普遍，但存在高分辨率和快轉(zhuǎn)換速度之間的矛盾，一樣只能用于大步進(jìn)頻率合成技術(shù)中。直接數(shù)字合成法DDS是最近幾年來(lái)迅速進(jìn)展起來(lái)的一種新的頻率合成方式。該技術(shù)從相位概念動(dòng)身來(lái)對(duì)頻率進(jìn)行合成，采納數(shù)字取樣技術(shù)，將參考信號(hào)的頻率、相位、幅值等參數(shù)轉(zhuǎn)變成一組取樣函數(shù)，然后直接運(yùn)算出所需要的頻率信號(hào)。這種方式簡(jiǎn)單靠得住、操縱方便，且具有很高的頻率分辨率和轉(zhuǎn)換速度，超級(jí)適合快速頻率轉(zhuǎn)換技術(shù)的要求。因直接數(shù)字合成法是采納數(shù)字化技術(shù)，在時(shí)鐘作用下，通過相位累加器將頻率操縱字進(jìn)行線性相位累加產(chǎn)生的轉(zhuǎn)變量，直接產(chǎn)生各類不同頻率的一種頻率合成方式。因此輸出信號(hào)中含有大量雜散譜線，超寬頻帶信號(hào)也將碰到諧波電平高，從而難以抑制諧波等問題。這些問題嚴(yán)峻阻礙了DDS輸出信號(hào)的頻譜純度，也成為限制其應(yīng)用的要緊因素。DDS的結(jié)構(gòu)原理圖如圖9—1所示，它由相位累加器、正弦ROM表、D∕A轉(zhuǎn)換器等組成。參考頻率由一個(gè)穩(wěn)固的晶體振蕩器產(chǎn)生，用它來(lái)同步整個(gè)合成器的各個(gè)組成部份。相位累加器由位加法器與位相位寄放器級(jí)聯(lián)組成，類似于一個(gè)簡(jiǎn)單的加法器。每來(lái)一個(gè)時(shí)鐘脈沖，加法器將操縱字與累加寄放器輸出的累加相位數(shù)據(jù)相加，把相加后的結(jié)果送到累加寄放器的數(shù)據(jù)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)與頻率操縱字相加。如此，相位累加器在時(shí)鐘作用下，不斷對(duì)頻率操縱字進(jìn)行線性相位累加。由此能夠看出，相位累加器在每一個(gè)參考頻率輸入時(shí)，把頻率操縱字累加一次，相位累加器輸出的數(shù)據(jù)確實(shí)是合成信號(hào)的相位，相位累加器的輸出頻率確實(shí)是DDS輸出的信號(hào)頻率。圖9-1鎖相環(huán)頻率合成器原理框圖用相位累加器輸出的數(shù)據(jù)作為波形存儲(chǔ)器（ROM）的相位取樣地址。如此就能夠夠把存儲(chǔ)在波形存儲(chǔ)器內(nèi)的波形抽樣值(二進(jìn)制編碼)經(jīng)查找表查出，完成相位到幅值的轉(zhuǎn)換。波形存儲(chǔ)器的輸出送到D∕A轉(zhuǎn)換器，D∕A轉(zhuǎn)換器將數(shù)字形式的波形幅值轉(zhuǎn)換成所要求合成頻率的模擬輸出信號(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)。DDS的輸出頻率、參考時(shí)鐘頻率、相位累加器長(zhǎng)度和頻率操縱字之間的關(guān)系為式中，為參考時(shí)鐘頻率；是相位累加器長(zhǎng)度；為頻率操縱字。由于DDS的最高輸出頻率受到奈奎斯特抽樣定理限制，因此以上計(jì)算的理論輸出頻率值為50％。但考慮到低通濾波器的特性和設(shè)計(jì)難度和對(duì)輸出信號(hào)雜散的抑制，實(shí)際的輸出頻率帶寬只能達(dá)到40％左右。1．專用集成電路AD9850原理簡(jiǎn)介此刻流行的DDS產(chǎn)品以AnalogDevices公司的較多。直接數(shù)字頻率合成具有頻率轉(zhuǎn)換速度快、頻率分辨率高、輸出相位持續(xù)和全數(shù)字化、易于集成、易于操縱等優(yōu)勢(shì)，是通信系統(tǒng)中各類頻率合成器的理想選擇。其應(yīng)用范圍包括頻率合成器、可編程時(shí)鐘發(fā)生器、雷達(dá)和掃描系統(tǒng)的FM調(diào)制源和測(cè)試和測(cè)量裝置等。2．AD9850要緊性能AD9850是AD公司推出的高集成度DDS頻率合成器。它內(nèi)部包括可編程DDS系統(tǒng)、高性能DAC及高速比較器，可實(shí)現(xiàn)全數(shù)字編程操縱的頻率合成器，接上周密時(shí)鐘源時(shí)，可產(chǎn)生一個(gè)頻譜純凈、頻率和相位都可編程操縱的模擬正弦波。此正弦波可直接用作信號(hào)源或轉(zhuǎn)換成方波用作時(shí)鐘。AD9850采納先進(jìn)的CDMS工藝，在3．3V供電時(shí)，典型總功耗為155mW；5V供電時(shí)，總功耗最大為480mW。最高參考時(shí)鐘為125MHz，輸出頻率分辨率可達(dá)0．0291Hz，許諾產(chǎn)生的最高輸出頻率為62．5MHz。芯片內(nèi)部提供5bit數(shù)字操縱相位調(diào)制，輸出的相位轉(zhuǎn)變?cè)隽靠蔀?80、90、45、22．5、11．25的任意組合。利用芯片內(nèi)部的高速比較器，可將通過濾波器的D/A輸出正弦波轉(zhuǎn)換為低抖動(dòng)的方波。AD9850有32位相位累加器，截?cái)喑?4位，輸入到正弦（ROM）查詢表，從查詢表輸出給D∕A。D∕A的輸出是兩個(gè)互補(bǔ)的模擬電流，在管腳12處接一個(gè)電阻，使?jié)M量程輸出為10～20mA電流，通過濾波器輸出正弦波。圖9—2是AD9850的內(nèi)部框圖及管腳排列圖，各管腳功能如下。圖9-2AD9850的內(nèi)部框圖及管腳排列圖管腳l～4和管腳25～28(D0~D7)：8bit數(shù)據(jù)輸入端。用于下載32bit頻率調(diào)劑字和8bit相位操縱字。D7也可作為40bit串行數(shù)據(jù)字的輸入端。管腳5和管腳24(DGND)：數(shù)字地。管腳6和管腳23(DVDD)：數(shù)字電源。管腳7(W—CLK)：字裝載時(shí)鐘，用于裝載并行或串行的頻率∕相位∕操縱字。管腳8(FQ—UD)：頻率更新，那時(shí)鐘上升沿到來(lái)時(shí)，DDS將更新輸入寄放器的頻率∕相位，然后將指針指向字“0”。管腳9(CLKIN)：參考時(shí)鐘輸人，能夠是一個(gè)持續(xù)的脈沖串或是在1∕2VCC偏壓下的正弦波輸入。管腳10、管腳19(AGND)：模擬地。管腳1一、管腳18(AVDD)：模擬電壓端。管腳12(RSET)：DAC外接電阻，該電阻決定DAC輸出電流的最大值。關(guān)于典型應(yīng)用(=10mA)時(shí)，RSET的值為，另一端連接到地線。外接電阻RSET與DAC輸出電流的關(guān)系為=32×∕RSET)。管腳13(QOUTB)：比較器的反相輸出端。管腳14(QOUT)：比較器的同相輸出端。管腳15(VINN)：比較器的反相輸入端。管腳16(VINN)：比較器的同相輸入端。管腳17(BL)：DAC的基準(zhǔn)電壓參考值，引線與內(nèi)部連接。管腳20(IOUTB)：DAC的補(bǔ)償模擬輸出端。管腳21(IOUT)：DAC的模擬電流輸出端。管腳22(RESET)：主復(fù)位端，當(dāng)該端是高電平常，除輸入寄放器外，所有寄放器將被清零，DAC輸出將在下一個(gè)時(shí)鐘周期后變成COS(0)。DDS電路本質(zhì)上是一個(gè)數(shù)字分頻器，其步進(jìn)分辨率等于參考時(shí)鐘頻率除以，為頻率操縱碼的bit寬度。相位累加器是一個(gè)可變步進(jìn)的計(jì)數(shù)器，每一個(gè)時(shí)鐘脈沖，其值增加一次。當(dāng)計(jì)數(shù)器溢出時(shí)，它會(huì)自動(dòng)歸零，使得信號(hào)波形輸出一直維持持續(xù)。頻率操縱字操縱計(jì)數(shù)器的計(jì)數(shù)增量，也確實(shí)是每一個(gè)時(shí)鐘周期相位的增加值。相位增量越大，那么相位轉(zhuǎn)變速度越快，輸出頻率也就越高。AD9850采納一種專有的算法將截?cái)酁?4bit的相位值轉(zhuǎn)換為余弦值。這種獨(dú)特的算法采納很小容量的ROM查找表和DSP技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)，這使得AD9850的體積和功耗都很小。輸出信號(hào)頻率、參考時(shí)鐘、頻率操縱碼之間的關(guān)系為式中，=32bit操縱字；=輸人參考時(shí)鐘頻率MHz。由于AD9850輸出的是一個(gè)采樣信號(hào)，因此它的輸出頻譜符合奈奎斯特采樣定律。其輸出頻譜包括主頻譜和鏡像頻率。鏡像頻率等于時(shí)鐘頻率的整數(shù)倍加(減)輸出頻率。由于D∕A量化的緣故，鏡像頻率的幅值以sin()÷為包絡(luò)滾降轉(zhuǎn)變。一樣能夠在D∕A輸出端與比較器輸入端之間用一個(gè)低通濾波器來(lái)排除鏡像頻率的阻礙。顯然，輸出信號(hào)頻率與參考時(shí)鐘頻率之間的關(guān)系應(yīng)該認(rèn)真考慮，以防沒必要要的錯(cuò)誤。3．AD9850的編程AD9850包括一個(gè)40bit寄放器，用來(lái)操縱32bit頻率操縱字、5bit相位調(diào)整字和斷電模式。寄放器能夠用并行或串行方式來(lái)寫入。在并行模式下，一個(gè)8bit總線用來(lái)寫寄放器?，F(xiàn)在40bit寄放器分為5個(gè)8bit寄放器。W—CLK和FQ—UD信號(hào)用來(lái)尋址和加載這些寄放器。在FQ—UD的上升沿處，40bit操縱字被整體置入并生效，同時(shí)內(nèi)部地址指針被復(fù)位指向第一個(gè)8bit寄放器。在W—CLK的上升沿處，8bit數(shù)據(jù)D[7～0]被寫入地址指針指向的寄放器，然后地址指針自動(dòng)移動(dòng)到下一個(gè)寄放器。在5次寫操作以后，多余的寫操作將被忽略，除非芯片被復(fù)位，或FQ—UD的上升沿復(fù)位地址指針。在串行模式下，每一個(gè)W—CLK上升沿寫入40bit中的1bit數(shù)據(jù)(管腳25信號(hào)D7)。所有的40bit數(shù)據(jù)都被寫入后，一個(gè)FQ—UD的脈沖使這些寫入的值生效。操縱數(shù)據(jù)的具體內(nèi)容參見表9—1和表9—2。Worddata[7]data[6]data[5]data[4]data[3]data[2]data[1]data[0]W0Phase-b4(MSB)Phase-b3Phase-b2Phase-b1Phase-b0(LSB)Power-DownControlControlW1Freq-b31(MSB)Freq-b30Freq-b29Freq-b28Freq-b27Freq-b26Freq-b25Freq-b24W2Freq-b23Freq-b22Freq-b21Freq-b20Freq-b19Freq-b18Freq-b17Freq-b16W3Freq-b15Freq-b14Freq-b13Freq-b12Freq-b11Freq-b10Freq-b9Freq-b8W4Freq-b7Freq-b6Freq-b5Freq-b4Freq-b3Freq-b2Freq-b1Freq-b0(LSB)