基于arm嵌入式系統(tǒng)的信號發(fā)生器的設計與實現(xiàn)(編輯修改稿)
2024-12-13 20:22 本頁面
【文章內(nèi)容簡介】 通過在存儲芯片 ROM 中保存不同頻率信號的信號發(fā)生點數(shù)，在頻率切換時調(diào)用 ROM 中所存儲的不同點數(shù)模塊來實現(xiàn)頻率的切換。 方案二： 在存儲芯片 RAM 中保存由軟件實時產(chǎn)生的波形點數(shù)，通過所取的點數(shù)的不同來決定發(fā)生的波形的頻率。 由于設計中的信號要進行不斷的改變，因此波形的數(shù)據(jù)不能存儲在 ROM 中，應該存儲 RAM 中，因此采用方案二的設計方法。 濾波電路 方案一： 利用運放芯片 TL082 構成的有源二階巴爾沃基濾波器 [6]，它的頻率范圍可以達到 1MHZ，遠遠高于我們所要的達到的最高頻率，而且可 以同時提高輸出電壓的穩(wěn)定性即帶載能力。 方案二： 采用硬件構建的模擬濾波器，通常這種濾波電路主要采用無源元件 R， L 和C 組成的低通濾波電路 [6]。其優(yōu)點是具有不用電感，體積小，重量輕等優(yōu)點；缺點是其集成運放的帶寬有限，電路的工作頻率有限難以做得很高。 由于所設計的信號源的頻率相對來說不是很高，采用 RC 濾波器已經(jīng)可以很好的完成設計的要求。因此采用方案二。 6 課 程 設 計 用 紙 教師批閱 3 硬件設計 系統(tǒng)框圖 根據(jù)前述方案，得到以下系統(tǒng)方框圖，如圖 31 所示，包括鍵盤、芯片LPC213 D/A 轉換、濾波器、示波器、串口 RS43上位機。 圖 31 系統(tǒng)方框圖 各功能模塊 波形產(chǎn)生電路 通過軟件將波形數(shù)據(jù)存儲到 RAM 當中去，再把這些數(shù)據(jù)輸送到 D/A 轉換器進行轉換得到模擬波形。 鍵盤模塊 用 LPC2138 開發(fā)板上自身帶有的鍵盤得到鍵值，通過中斷服務程序?qū)㈡I盤信息傳給控制芯片。 濾波器設計 直接采用 RC 過程的簡單的濾波電路，此方法設計簡單，又完全滿足設計要求。 顯示模塊 波形直接在示波器上顯示，波形的中間調(diào)試參數(shù)在上 位機 EasyARM2131 上顯示，這樣節(jié)省了外部顯示模塊的擴展，使得硬件電路更加的簡便。 7 課 程 設 計 用 紙 教師批閱 各個功能塊的實現(xiàn)原理及分析 正弦波的產(chǎn)生 本設計中信號的產(chǎn)生直接用 LPC2138 芯片上集成的 D/A 轉換器和軟件的結合來生成。波形的信號數(shù)據(jù)采用了函數(shù)計算的方法來取得： Y=sin(N)[7] （ 31） 其中， N 表示所要取得的點數(shù)的多少。在設計中我選擇 N=1024，即一個完整的基本的正弦信號有 1024 個數(shù)據(jù)信號點組成 。 將數(shù)據(jù)存儲到控制芯片 LPC2138 的 RAM 當中，根據(jù)所要的頻率來取得信號數(shù)據(jù)的多少，點數(shù)多少的計算如下： N=T/2t[7] （ 32） 其中， N表示點數(shù)， T 表示所要產(chǎn)生的波形信號的周期， t 表示定時器的時間長短 . 從 RAM 中 取得點數(shù)的間隔為 : M=1023/N[8] （ 33） 其中 M表示在 RAM中的表格取得點數(shù)的間隔 .根據(jù)不同的間隔的大小決定產(chǎn)生一個完整的波形信號所要的數(shù)據(jù)多少不同 . 設計中要求信號的最高產(chǎn)生的頻率為 50KHZ, 根據(jù)奈奎斯特定理，采樣的頻率最少要為所要信號的頻率的兩倍，但是為了更好的保證信號的完整輸出，我們至少要讓它采樣 10 個點才能輸出完整波形，就要求采樣的頻率為他的 10 倍即500KHZ,采樣時間的大小為 2us，這剛好滿足了 LPC2138 控制芯片上的集成 D/A轉換器最高轉換時間為 1us 的限制。 三角波的產(chǎn)生 在設計中，三角波的產(chǎn)生就直接利用定時器定時時間的長短來 控制信號數(shù)據(jù)的輸出，信號數(shù)據(jù)從一個較低（或高）的位置開始按照一定的規(guī)律步進 [9]，當其達到一個高度時再按照相同的步進下降到原來的數(shù)據(jù)大小，如此反復的輸出就構成了三角波模擬信號的輸出。 方波的產(chǎn)生 8 課 程 設 計 用 紙 教師批閱 在設計中，方波的產(chǎn)生由大小不同的兩個信號數(shù)據(jù)交替輸出形成，每個信號數(shù)據(jù)輸出的時間長短根據(jù)所要點信號頻率來決定。 幅度的控制 在設計中，為了能使波形在示波器中顯示，這樣就要設定好波形的幅度，在設計時我們把波形的幅度控制在 1024 之內(nèi)，才能很好的顯示波形。同時為了改變幅度的大小，我們 設置了一個參數(shù)直接與所取得的信號數(shù)據(jù)相乘，這就改變了信號數(shù)據(jù)的大小，也就使得 D/A 轉換時的數(shù)據(jù)大小產(chǎn)生變化，從而體現(xiàn)在輸出的信號波形在幅度上發(fā)生改變。 頻率的控制 在輸出的信號數(shù)據(jù)的時間間隔一定時，當產(chǎn)生一個完整波形時所需要的點數(shù)發(fā)生變化時信號的周期就發(fā)生變化，這樣它的頻率就相應的變化。因此，在設計中， 通過固定定時器的定時長短，改變波形數(shù)據(jù)的點數(shù)多少就改變了信號的頻率。 濾波器設計 由于我所設計的信號源的輸出頻率還不是很高，所以可以用簡單的低通濾波器就可以完成濾波的功能，因此我 選擇使用 RC 低通濾波器。參數(shù)為： R=100 歐姆， C=。 具體結構如下： 圖 32 鍵盤模塊 鍵盤是直接與 ARM（ LPC2138）芯片的 P0 口 — 連接，通過 ARM芯片對 — 輸入數(shù)據(jù)， 0 表示有效， 1 表示無效 [11]。鍵 1 用來選擇輸出波形，鍵 2 用來選擇所要改變的參數(shù)，鍵 3 和鍵 4 用來加 /減鍵 3 所選的參數(shù) R 9 課 程 設 計 用 紙 教師批閱 4 軟件設計 方框圖 由設計方 案進行進一步的軟件設計，首先得到流程圖如圖 41 所示，主要包括：初始化、鍵盤掃描、 PC機顯示波形等部分。 圖 41 程序清單 由硬件設計及主程序流程圖，經(jīng)過 C語言編程，在 ADS 環(huán)境下運行，完成了信號源發(fā)生器的軟件設計部分，實現(xiàn)了設計的內(nèi)容。部分主要程序清單如下 : 開始 鍵盤掃描 判斷是否有鍵按下
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