【正文】 分模塊將這個三角波信號輸入到波形選擇模塊。 波形選擇模塊在 Atmega128 控制器的控制下，選擇輸出這三個波形的其中之一。波形選擇模塊將被選波形信號輸入到放大器模塊。 放大器模塊在 Atmega128 控制器的控制下進行對信號放大參數進行調整。 人工界面模塊包括 LED 數碼管顯示，按鍵和 LED 狀態(tài)指示燈。人工界面模塊是人與機器進行交流的一個通道，指令可以通過這個模塊輸入到整個系統(tǒng)，例如：波形頻率的改變，波形幅度的改變，波形的轉換等等。 系統(tǒng)子模塊電路設計 主控系統(tǒng) 主控系統(tǒng)的主要作用： （ 1）感受人工界面系統(tǒng)的輸入信息 指令通過人工界面系統(tǒng)模塊輸入后，主控系統(tǒng)接到這一信息，通過分析運算，進行相應的動作。按照事先設計好的程序，控制其它系統(tǒng)共同完成這一指令。例如：信號頻率的更改、信號波形的轉變、信號幅度的變化等等。只有系統(tǒng)能夠感受到人工系統(tǒng)模塊的輸入信息，才能保證整個系統(tǒng)能夠按照設計運行。 （ 2）信息處理中樞 當主控系統(tǒng)接收到外部指令時，需要將這一指令進行處理和分析。明確這一信號的意義所在。這一指令可能是改變信號頻率，可能是改變信號幅度， 也可能是改變信號波形。主控系統(tǒng)需要將這一指令分析清楚，然后將這一指令變換成其它系統(tǒng)需要的指令。如果這一指令是改變信號頻率，那么主控系統(tǒng)要將這一指令轉換成 DDS系統(tǒng)模塊能夠識別的改變信號頻率的指令，然后傳送給 DDS系統(tǒng)模塊。 （ 3）控制中心 作為系統(tǒng)的核心子系統(tǒng)，主控系統(tǒng)需要完全掌控其它子系統(tǒng)。能夠給其它各子系統(tǒng)發(fā)送命令，控制它們能夠按照設計的程序有條不紊的運行。例如：控制 DDS 系統(tǒng)模塊改變頻率、控制積分模塊改變積分參數、控制放大系統(tǒng)模塊改變放大參數、控制波形選擇系統(tǒng)模塊改變輸出的波形等等。有著這些控制能力，使它成為了整個系統(tǒng)的控制中心。 主控系統(tǒng)作為整個系統(tǒng)的核心，它的能力決定著整個系統(tǒng)功能的實現，看似簡單的一條指令，都體現著它的信息感受能力、信息處理能力和控制能力。例如：輸入的指令為信號頻率增加 100Hz。主控系統(tǒng)接收到這一指令后，將這一指令轉換為 DDS 系統(tǒng)模塊能夠識別的指令控制其將信號頻率增加 100Hz，同時判斷是否要改變積分系統(tǒng)模塊的積分參數，如果需要改變，那么會控制積分系統(tǒng)模塊進行參數調整。同樣，也會判斷是否要改變放大系統(tǒng)模塊的放大參數是否需要改變。當這一系列的調整和控制都完成后，還需要將這一變化通過 人工界面系統(tǒng)模塊顯示出來。主控系統(tǒng) 采用。來實現 ，由于。優(yōu)點。 如圖32 所示。 圖 32 主控系統(tǒng) （不要了） DDS 模塊 AD9832 是一款 DDS 芯片，它的最高時鐘頻率可達到 25MHz。 本次研究 使用了 8MHz 時鐘頻率，最高輸出頻率 2/clkout ff ? 。如果產生 1KHz 的正弦波，clkf =8MHz， outf =1KHz，相位累加器寬度 N=32，則頻率控制字為： 5 3 6 8 7 18 0 0 0/12/2 3232 ????? c lko u t ffK 頻率分辨率為： 0 0 1 8 6 2 0 0 0 0 0 0*2/1*2/1 3232 ???? c l kff Hz 圖 34 AD9832時序圖 圖 34為 AD9832 的操作時序圖。 FSYNC變?yōu)榈碗娖降臅r候，在 SCLK的下降沿的時候 SDATA的數據是有效的。就是說 AD9832 在 SCLK 的下降沿的時侯將會讀取 SDATA 的電平狀態(tài)。 控制器可以先將 SDATA 置為所需的電平狀態(tài)，然后再將 SCLK 拉到低電平，這樣就完成了一位數據的發(fā)送。 AD9832 在串行通信時，首先移入的是高位數據，然后移入的是低位數據 [11]。 NC1GND2OUT3VDD4U4有源晶振SCLK7SDATA8FSYNC9PSEL111PSEL012FSELECT10MCLK6DGND5AGND13IOUT14FSADJUST1REFOUT3REFIN2CMP16DVDD4AVDD15U2AD9832PE0VCC510R2103C14VCCVCCPE1PE2SINE2 圖 35 DDS模塊電路 圖 35 為 DDS 模塊電路圖。主控制器通過控制 AD9832 的頻率控制字和相位控制字來改變 DDS 模塊輸出的正弦波的頻率和相位。 AD9832 的 IOUT端通過一個電阻 R2 接地， setref RVI / ax ?? ， setR 就是 FSADJUST 與地端接的電阻，取 ， Imax=， Vpp=Imax*R2， Vpp=[11]。 比較器模塊 比較器模塊電路圖如圖 36所示。 1KR15Res123418U8ALM393ANVCCSQUERSINEVCC5VCC83267451U7X9C103VCCPG3PA4PA5 圖 36 比較器模塊電路 X9C103 是 100 階數字電位器，它的電阻范圍為 40Ω到 10KΩ。內部有 99個電阻陣列，每個電阻陣列都有抽頭點用以被滑動單元訪問。 CS、 UD、 INC 三個輸入端控制滑動單元的位置 [12]。 X9C103 操作時序圖如圖 37： 圖 37 X9C103時序圖 數字電位器 X9C103 與一個 10K 電阻串聯后，電阻的另一端端接正 5 伏，電位器的另一端接到地。組成一個分壓器。通過調整電位器的阻值，可以得到不同的電壓值。將這一個電壓值輸入到比較器的反向輸入端，將正弦波輸入到同向輸入端。正弦波與反向輸入端的這一電壓進行比較，如果大于這一電壓，則比較器輸出高電平（ +5V），如果小于這一電壓，則比較器輸出低電平 (5V)。當高電平與低電平的時間比為 1： 1時，比較器就輸出一個與正弦波同頻率的方波。通過調整電位器的阻值，可以調整分壓的大小，這一電壓的改變，可以改 變高電平和低電平的時間，從而改變方波的占空比。 電壓跟隨器模塊 電壓跟隨器模塊電路如圖 38 所示。 83267451U12ADOP07AQSQUERVCC12VCC12 圖 38 電壓跟隨器 電壓跟隨器采用了運放 OP07，將運放的反向輸入端與輸出端連接到一起，信號從同向輸入端輸入 ,這樣就形成了同向電壓跟隨器。加入電壓跟隨器后，使得前后級的阻抗得到較好的匹配。將前后兩級隔離開，減少了干擾。 積分參數選擇與積分模塊 積分參數選擇模塊如圖 39所示。 圖 39 積分參數選擇模塊 74VHC4051 是一個單 8通道數控模擬電子開關，內部含有有三個控制端 A、B、 C 和一個 EN 輸入，當 EN 輸入端為“ 0”時，三位二進制信號將選通 8 個通道中的一個通道 [13]。 對于頻率不同的方波，對同一積分電路來說，積分出結果是不同的。對于頻率正合適的方波，積分出的波形可以是很完美的三角波。而對于頻率低的方波，積分出的效果是切頂、切底的三角波。對于頻率高的方波，積分出的三角波的幅度會很小。這樣就會得到不同頻率的三角波信號參差不齊。 為了避免出現這種情況，那么就需要對積分電路的積分參數進行調整。根據公式 Vout=1／ CR∫Vin dt， 可知調整電容或者電阻的值就可以實現對積分電路得調整 ,根據實際情況，本課題采用改變電阻阻值的方法。 積分電路模塊的電路圖如圖 310 所示。 83267451U15ADOP07AQ10KR49Res1332C44SQUERFVCC12VCC12 圖 310 積分電路 積分電路采用了運放 OP07，積分電容選擇了 332。積分電容將反向輸入端與輸出端連接到一起。同向輸入端經過一個 10K 電阻接地。 通過對信號頻率得分析，以及用積分電路實驗得到驗證，將 500Hz~3000Hz的信號分成了 5 個頻段，每一個頻段對應一個電阻的阻值。對應關系如表 31所示。 表 31 積分電路頻率參數與匹配電阻對應表（重畫） 經過這樣對應之后，可以大大消弱三角波參差不齊的情況。由500Hz~3000Hz 的方波信號積分得到的三角波的波形不會出現切頂或切底的情況，三角波信號的幅值也基本維持在了一個比較統(tǒng)一的電壓段。這樣后續(xù)電路對三角波信號的處理就明顯簡易了。 波形選擇模塊 波形選擇模塊電路圖如圖 311所示。 TRIGY22Y01Y3Y34VCC16Y15EN6X13VEE7GND8X012B9A10X311X215X114U1774VHC4052NVCCVCC5SINE500R53330R57330R591KR51Res1OUT1PC6PC7SQUER 圖 311 波形選擇模塊 波形選擇模塊用了 74VHC4052 數控模擬開關。通過控制 A,B 兩個端口，選擇三個波形中的一個輸出，這一輸出通過電阻網絡二次分壓，最后輸出到下一級電路。進行二次分壓是因為三個波形的幅值大小不同一，經過二次分壓后，三個波形的幅值基本保持了一致。 這樣，不管選擇哪一種波形作為輸出，后續(xù)電路都可以得到幅度一致的波形。 放大器模塊 83267451U22X9C10483267451U23ADOP07AQ10KR68Res110KR70Res1OUT2VCC12VCC12VCCPG0PG1PG2P4BNC105C63105C62 圖 312 放大器 模塊電路 如圖 312 為放大器模塊電路。放大器模塊用了運放 OP07，信號首先經過一個電容器隔直后，經過一個電阻輸入到反向輸入端。同向輸入端通過一個 10K電阻接地。反向輸入端與輸出端之間接入了數字電位器。通過調整數字電位器的電阻阻值，就可以調整整個放大器的放大倍數。數字電位器用了 X9C104，最大阻值為 100K 歐姆。這樣，這個簡易的程控放大器的最大放大倍數為 10 倍，最小放大倍數為 倍 [14]。 本章小結 本章主要介紹了整個系統(tǒng)的硬件結構。包括主控系統(tǒng)、 DDS 模塊、積分器、放大器、選擇器等部分。詳細的講述了各模塊的工作原理、實現功能、以及模塊之間的聯系通信，使讀者對整個系統(tǒng)有一個清晰的輪廓。 4 軟件系統(tǒng)的設計 軟件系統(tǒng)總體流程 設計 系統(tǒng)軟件總體設計流程如圖 41所示。 進入主程序后，首先系統(tǒng)進行初始化。初始化包括系統(tǒng)各個參數的初始化，各個模塊的初始化。初始化完畢后，信號發(fā)生器的兩個通道將會輸出頻率為 1KHz，振幅為 1V 的正弦波。這時，系統(tǒng)處于 等待狀態(tài)。 開 始初 始 化程 序 參 數 是 否有 變 動相 應 模 塊 做 出相 應 調 整人 工 界 面 顯 示當 前 狀 態(tài)是否結 束 圖 41 軟件系統(tǒng)總體流程 當有改變程序參數的指令輸入時，系統(tǒng)將對信號輸出做出調整。例如：改變通道 1 的頻率為 1100Hz。這時，系統(tǒng)的程序參數通道 1的頻率改變了，主控系統(tǒng)會按照程序控制通道 1的 DDS 模塊輸出頻率為 1100Hz 的信號。接著數碼管會顯示此時通道 1 的頻率已經變?yōu)?1100。 軟件系統(tǒng)子模塊流程 設計 DDS 模塊控制程序流程 開 始初 始 化頻 率 是 否需 要 改 變改 變 頻 率 控 制 字相 位 是 否需 要 改 變改 變 相 位 控 制 字結 束是否是否 圖 42 DDS模塊控制 程序流程圖 如圖 42，進入 DDS 控制模塊后，首先會判斷頻率的參數值是否已經發(fā)生了變化，如果發(fā)生了變化，程序立刻會將此時頻率的參數值轉化為對應的頻率控制字傳送給 DDS 模塊。如果沒有改變，則維持原來狀態(tài)。然后查看相位的參數值是否發(fā)生了變化。如果相位的參數值發(fā)生了變化，程序也立刻會將此時相位的參數值轉化為對應的相位的控制字傳送給 DDS 模塊。然后返回主程序。如果沒有發(fā)生變化，則維持原來狀態(tài)返回主程序。 積分參數選擇模塊控制程序流程 監(jiān) 測 當 前 信 號 頻 率頻 率 是 否大 于 7 0 0 H z頻 率 是 否大 于 1 0 0 0 H z頻 率 是 否大 于 1 5 0 0 H z頻 率 是 否大 于 2 1 0 0 H z選 擇 通 道 1選 擇 通 道 3選 擇 通 道 2選 擇 通 道 4否否否是否是是是選 擇 通 道 5開 始返 回 圖 43 積分參數選擇模塊程序控制流程圖 如圖 43，積分電路的作用是將方波信號積分成三角波。對于不同頻率的方波信號，選擇不同阻值的電阻與之對應，這樣得到的三角波信號會比較統(tǒng)一。進入積分參數選擇控制模塊后，首先會查看頻率的大小，當頻率小于 800Hz 時，通道 1的電阻會被接入電路中。當頻率在 800Hz~1000Hz 之間時，通道 2的電阻會被接入