【正文】 2C 1+812345673 3 0 Ω1 5 p FC a p0 . 1 μ FC a p0 . 1 μ F4 7 ΩA D 8 2 9 圖 26 信號(hào)放大電路 顯示電路 顯示電路可以有 LED 數(shù)碼管顯示和 LCD 液晶顯示兩種，由于液晶屏價(jià)格相對(duì)較貴，驅(qū)動(dòng)程序編寫較復(fù)雜，因 此選用廉價(jià)而且容易控制的數(shù)碼管作為顯示器件。15V 供電，輸出電壓最大幅值可達(dá) 28VPP 滿足系統(tǒng)設(shè)計(jì)需要。壓擺率 230V∕μs,寬帶 750MHz。閉環(huán)放大器依據(jù)輸入訊號(hào)進(jìn)入放大器的端點(diǎn)，又可分為反相（ inverting）放大器與非反相（ noninverting）放大器兩種。但是這并不代表運(yùn)算放大器不能連接成正回饋（ positive feedback），相反地，在很多需要產(chǎn)生震蕩訊號(hào)的系統(tǒng)中，正回饋組態(tài)的運(yùn)算放大器是很常見的組成元件。 通常使用運(yùn)算放大器時(shí)，會(huì)將其輸出端與其反相輸入端（ inverting input node）連接，形成一負(fù)反饋（ negative feedback）組態(tài)。最基本的運(yùn)算放大器。 運(yùn)算放大器原理：運(yùn)算放大器（ Operational Amplifier,簡稱 OP、 OPA、 OPAMP）是一種直流耦合，差模（差動(dòng)模式）輸入、通常為單端輸出（ Differentialin, singleended output）的高增益（ gain）電壓放大器，因?yàn)閯傞_始主要用于加法，乘法等運(yùn)算電路中，因而得名。其原理是高頻功率放大器用于發(fā)射機(jī)的末級(jí)，作用是將高頻已調(diào)波信號(hào)進(jìn)行功率放大，以滿足發(fā)送功率的要求，然后經(jīng)過天線將其輻射到空間，保證在一定區(qū)域內(nèi)的接收機(jī)可以接收到滿意的信號(hào)電平，并且不干擾相鄰信道的通信高頻功率放大器是通信系統(tǒng)中發(fā)送裝置的重要組件。 河南機(jī)電高等?？茖W(xué)校畢業(yè)設(shè)計(jì) 13 D B 0D B 1D B 2D B 3D B 4D B 5D B 6D B 7W RC SR E FR F BO U T 1O U T 2V D DT L C 7 5 2 4 圖 25 TLC7524封裝圖 信號(hào)放大電路 放大器的作用：能把輸入訊號(hào)的電壓或功率放大的裝置，由電子管或晶體管、電源變壓器和其他電器元件組成。其中， TLC7524采用直通方式，8位數(shù)字量一旦達(dá)到 D7~D0輸入端，便進(jìn)行 D/A轉(zhuǎn)換，從而實(shí)現(xiàn) 256級(jí)幅值調(diào)節(jié)。這里我們介紹一種 D/A轉(zhuǎn)換器 TLC7524。相對(duì)精度是最大誤差相對(duì)于滿刻度的百分比。 。 1/2LSB（最低有效位）時(shí)所需的時(shí)間。 （建立時(shí)間）。 。 。分辨率通常用數(shù)字量的位數(shù)表示，一般為 8位， 10 位， 12 位， 16位等。這個(gè)參數(shù)表明 D/A 轉(zhuǎn)換器對(duì)模擬值的分辨能力，它是最低有效位（ LSB）所對(duì)應(yīng)的模擬值。因此，流向求和點(diǎn)的電流 IΣ 由下式確定： IΣ=a1I1+a2I2+anIn=（ a1/21+a2/22+…+a n/2n） I=D/2nI 若 Rf=R,則輸出電壓為： Uout=﹣ IfRf=﹣ IΣRf=﹣ D/2nV R 從上式可見，轉(zhuǎn)換器的輸出電壓 Uout 正比于數(shù)字量 D， 負(fù)號(hào)表示輸出電壓的極性與基準(zhǔn)電壓 VR相反。因此，網(wǎng)絡(luò)實(shí)際上是一個(gè)按二進(jìn)制規(guī)律分流的分流器。因此，不論開關(guān)是上合還是下合，網(wǎng)絡(luò)中各支路的電流是不變的。集成 D/A 轉(zhuǎn)換器中廣泛使用的電流相加型的電路結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)中只有 R 和 2R 兩種電阻，各節(jié)點(diǎn)電阻都接成 T 型，故稱為 T 型電阻解碼。目前，常用的 D/A 轉(zhuǎn)換器是由 T型電阻解碼網(wǎng)絡(luò)構(gòu)成的。 D/A轉(zhuǎn)換器的基本功能是將一個(gè)用二進(jìn)制表示的數(shù)字量轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的模擬量?？紤]到實(shí)際的橢圓濾波器設(shè)計(jì)與理論分析是有所不同的，在此使用 Multisim 9經(jīng) 過仿真后得出橢圓濾波器的具體參數(shù)。在該系統(tǒng)中，為了使輸出信號(hào)頻率最高 10 MHz時(shí)能夠最低程度地降低 AD9835外部系統(tǒng)時(shí)鐘 30 MHz的干擾，采用具有較窄過渡帶特性的橢圓濾波器，并采用 7階橢圓低通濾波。巴特沃什低通濾波器通帶和阻帶都是平坦的，但是其過渡帶太過平緩；切比雪夫低通濾波 器的通帶是等波紋抖動(dòng)的，阻帶是平坦的，過渡帶比巴特沃什稍陡；貝賽爾低通濾波器和切比雪夫低通剛好相反，通帶平坦，阻帶是等波紋抖動(dòng)的；橢圓低通濾波器的通帶和阻帶都是抖動(dòng)的。因此，低通濾波器的使用是非常必要的，其性能的優(yōu)劣直接關(guān)系到整個(gè) DDS的技術(shù)指標(biāo)。 DDS 的雜散主要來源以下三個(gè)方面： (1)ROM 幅度量化誤差：相位轉(zhuǎn)化為幅度，是通過尋址 ROM 實(shí)現(xiàn)的，然而 ROM地址中存有的波形幅度值字長是有限的， ROM 存儲(chǔ)能力有限而引起的舍位誤差就是幅度量化誤差； (2)相位截?cái)嗾`差：為了提高 DDS 的精度， DDS 的相位累加器位數(shù)都取得非 常大，但 ROM 的容量是有限的，因此只利用相位累加器的高 M 位 ROM 尋址，其低 (NM)位被截?cái)唷? 低通濾波電路 低通濾波器是直接數(shù)字頻率合成器的重要組成部分，其性能的優(yōu)劣直接影響整個(gè)直接數(shù)字合成器的特性。當(dāng)定時(shí)器 0 計(jì)數(shù)溢出時(shí)，產(chǎn)生中斷信號(hào)，給 寫一個(gè)脈沖信號(hào)， T1 用于記數(shù)該脈沖信號(hào)，當(dāng) T1 產(chǎn)生中斷后，總定時(shí)時(shí)間到，輸出一個(gè)點(diǎn)。 8 位的 DAC0832 單位周期輸出最多含有 256 個(gè)點(diǎn)，系統(tǒng)的晶振頻率 fo：25MHz f 0 是 4 位數(shù)字組合成的頻率值； P 為頻率小數(shù)點(diǎn)對(duì)應(yīng)的值，兩者相除就是實(shí)際頻率值； K(K=1， 2， 3， 4)是分辨率的調(diào)整，根據(jù)波形頻率值，調(diào)整一個(gè)周期內(nèi)輸出波形的點(diǎn)數(shù)。單片機(jī)程序中設(shè)定寄存器 0 是定時(shí)器、 T1 是計(jì)數(shù)器， 0 和 T1 串聯(lián)起來使用，滿足定時(shí)時(shí)間要求。為了保證 AD9835按這個(gè)次序接受數(shù)據(jù)，在軟件設(shè)計(jì)中將要傳輸?shù)拿畲a、地址碼和數(shù)據(jù)碼逆序編碼從 AT89S51串行口發(fā)出。 AT89S51從串行口輸出數(shù)據(jù)時(shí)低位先發(fā)出，而 AD9835首先接收高位 。在數(shù)據(jù)從 AT89S51串行口發(fā)往 AD9835時(shí)，該引腳程控為低電平。 AT89S51串行口工作在方式 0， TXD輸出固定頻率為 fosc的時(shí)鐘脈沖（ fosc為 AT89S51外接晶振頻率）來驅(qū)動(dòng)AD9835的 SCLK, 在該 時(shí)鐘信號(hào)的驅(qū)動(dòng)與 ， AD9835接收從 AT89S51串行口的 RXD發(fā)出的命令字節(jié)和數(shù)據(jù)字節(jié)。 AD9835輸出后進(jìn)行低通濾波，濾除干擾波后將信號(hào)送至 D/A轉(zhuǎn)換器 TLC7524。為了保證性能和抗干擾，最好將數(shù)字電源 DVDD和模擬電源 AVDD分 開供電。 AD9835控制靈活方便，采用串行方式加載數(shù)據(jù)，只需 3根單片機(jī)端口線即可控制。其中， AD9835是一款低功耗、可編程波形發(fā)生器，最高時(shí)鐘頻率為 50MHz。最低頻率為 fmin＝ fmc/232，根據(jù) Nyquist采樣定律，重建信號(hào)頻率最高可達(dá) fmc/2，但通常取最高頻率為 fmax＝ fmc/3。fmc/232 (4) 式中， fmc＝ 50MHz，用高穩(wěn)定度晶體振蕩器獲得。每一次，時(shí)鐘使相位累加器的輸出也即余弦 ROM尋址地址遞增頻率設(shè)定數(shù)據(jù)Ｋ，對(duì)應(yīng)的波形相位變化為： ΔP＝ 2nK/232 (3) 因此，改變相位累加器設(shè)定值 K，就 可以改變相位值 ΔP，從而改變合成信號(hào)頻率 f。10V可調(diào)。 本設(shè)計(jì)采用 AT89S51的 P3口的部分 I∕ O口的第二功能 、 RXD、 TXD分別于AD9835的 FSYNC、 SDATA、 SCLK連接。在本系統(tǒng)中，我們采用 P3口，完成了一系列控制。 P3口的第二功能信號(hào)都是單片機(jī)的重要控制信號(hào)。 單片機(jī)各端口的第二功能完全是自動(dòng)的，不需要用指令來轉(zhuǎn)換。 P2口：第二功能是在訪問外部存儲(chǔ)器時(shí)，輸出高 8位地址。 P0P3口的基本功能都是作為通用的雙向 I/O口，它們的第二功能分別如下： P0口 ：第二 功能是在訪問外部存儲(chǔ)器時(shí)，用于分時(shí)使用的低 8位地直輸出和 8位數(shù)據(jù)總線的輸入，輸出。有的引腳的第二功能比它的第一功能還有用，有時(shí)可以不利囂用它的基本功能，但是不能沒有它的第二功能。單片機(jī)也同樣如此，當(dāng)引腳數(shù)量有限時(shí)， “兼職 ”是唯一可行的辦法，即給其中的一些信號(hào)引腳賦以雙重功能。 MCS51系列把芯片引河南機(jī)電高等?？茖W(xué)校畢業(yè)設(shè)計(jì) 7 腳數(shù)目定 為 40個(gè)，但單片機(jī)為實(shí)現(xiàn)其功能所需要的信 號(hào)數(shù)目卻遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過這個(gè)數(shù)。隨著半導(dǎo)體工藝的成熟和生產(chǎn)的工業(yè)化，使它的價(jià)格越來越低，是經(jīng)濟(jì)型系統(tǒng)首選機(jī)型， AT89S51具有豐富的 I/O口內(nèi)置定時(shí)計(jì)數(shù)器和中斷系統(tǒng)。 AT89S51有強(qiáng)大的 I/O口分別是 ， ， ， ，一共有 32個(gè)引腳，這 32個(gè)引腳都可以作為輸 N輸出 用，這 32個(gè)引腳，就構(gòu)成了 AT89S51的 4個(gè)并行 I/O接口，完成數(shù)據(jù)的傳送和控制。也可以采用外部時(shí)鐘。對(duì)外接電容 C1,C2雖然沒有十分嚴(yán)格的要求，但電容容量的大小會(huì)輕微影響振蕩頻率的高低、振蕩器工作的穩(wěn)定性、起振的難易程序及溫度穩(wěn)定性，這里選擇使用石英晶休，我們的電容使用 30pF。這個(gè)放大器與作為反饋元件的片外石英晶休或陶瓷諧振器一起構(gòu)成自激振蕩器。AT89S51 是美國 ATMEL 公司生產(chǎn)的低電壓，高性能 CMOS 8 位單片機(jī)，片內(nèi)含4k bytes 的可反復(fù)擦寫的 只讀程序存儲(chǔ)器 (PEROM)和 128 bytes 的隨機(jī)存取數(shù)據(jù)存河南機(jī)電高等?？茖W(xué)校畢業(yè)設(shè)計(jì) 6 儲(chǔ)器 (RAM)，器件采用 ATMEL 公司的高密度、非易失性存儲(chǔ)技術(shù)生產(chǎn)，兼容標(biāo)準(zhǔn) MCS51 指令系統(tǒng)，片內(nèi)置通用 8位中央處理器 (CPU)和 Flash 存儲(chǔ)單元。 AD9835 輸出的信號(hào)經(jīng) 低通濾波器濾除高頻干擾后送至 D／ A 轉(zhuǎn)換器TLC7524，控制其幅值， TLC7524 輸出后經(jīng)運(yùn)算放大器 AD829 放大，最后輸出 滿足要求的正弦波。 單片機(jī) AT89S51 控制 DDS 集成電路 AD9835，輸出所期望的頻率正弦波信號(hào)。 河南機(jī)電高等?？茖W(xué)校畢業(yè)設(shè)計(jì) 5 第 2 章 系 統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì) 整機(jī)有七大模塊組成，分別是電源產(chǎn)生電路，按鍵電路，單片機(jī)外圍控制電路，正弦波信號(hào)發(fā)生電路，濾波電路， D∕ A 轉(zhuǎn)換電路及幅度控制電路，信號(hào)放大電路。 采用直接數(shù)字頻率合成技術(shù)，用隨機(jī)讀∕寫存儲(chǔ)器 RAM 存儲(chǔ)所需波形的量化數(shù)據(jù)，按照不同頻率要求，以頻率控制字 K 為步進(jìn)對(duì)相位增量進(jìn)行累加，以累加相位值作為地址碼讀取存放在存儲(chǔ)器內(nèi)的波形數(shù)據(jù)，經(jīng) D∕ A 轉(zhuǎn)換和幅度控制，再濾波即可得所需波形。在 100KHz 固定頻率載波進(jìn)行二進(jìn)制鍵控，二進(jìn)制基帶序列碼速率固定為 10Kbps，二進(jìn)制基帶序列信號(hào)自行產(chǎn)生，能夠產(chǎn)生模擬調(diào)制 AM 信號(hào)。如此循環(huán)取值，便可以得到連續(xù)的波形信號(hào)。具體原理如下：首先自定義一個(gè)周期波形函數(shù)，其值按等距采樣Ⅳ個(gè)點(diǎn)，然后進(jìn)行離散化取值。低通濾波器平滑并濾除不需要的取樣分量，以便輸出頻譜純凈的正弦信號(hào)。~360186。相位累加器進(jìn)入線性相位累加，累加至滿量程時(shí)產(chǎn)生一次計(jì)數(shù)溢出，這個(gè)溢出頻率即為 DDS 的輸出頻率。 DDS 系統(tǒng)的核心是相位累加器，它由 N 為相位寄存器構(gòu)成，類似于一個(gè)簡單的計(jì)數(shù)器。 S： ROM 輸出正弦信號(hào) (離散化 )的位數(shù) ?？删幊?DDS 系統(tǒng)原理如同所示： 河南機(jī)電高等專科學(xué)校畢業(yè)設(shè)計(jì) 3 N 位相 位 累加 器正 弦余 弦 表數(shù) ∕ 模轉(zhuǎn) 換 器D A C低 通濾 波 器L P F頻 率 控 制 字 KF C W N 位M 位S 位F o u t系 統(tǒng) 時(shí) 鐘f c l k N：相位 ,累加器位數(shù) 。 為了滿足設(shè)計(jì)要求，取得較好的效果，顯然方案二較為理想。 優(yōu)點(diǎn)：控制簡單，波形效果好，頻率帶寬。 缺點(diǎn)：編程復(fù)雜，波形失真較大，不能達(dá)到要求輸出的高頻率信號(hào)。 方案選擇 方案一：直接利用單片機(jī)編程產(chǎn)生正弦波。通過這個(gè)單片機(jī)對(duì)信號(hào)發(fā)生芯片進(jìn)行精密控制，實(shí)現(xiàn)對(duì)波形的頻率及幅度的控制。根據(jù)設(shè)計(jì)要求，又基于 DDS 芯片 AD9835 在正弦波產(chǎn)生方面的 優(yōu)良特性，這里提出一種基于 DDS AD9835 的正弦波信號(hào)發(fā)生器的設(shè)計(jì)方案。 河南機(jī)電高等?？茖W(xué)校畢業(yè)設(shè)計(jì) 2 第 1章 系統(tǒng)概述和方案 引言 信號(hào)發(fā)生器的實(shí)現(xiàn)方法有多種， 傳統(tǒng)的波形發(fā)生器通常由晶體管、運(yùn)放 IC 等分離元件制成。緒論，首先對(duì)課題研究背景和所涉及的相關(guān)技術(shù)領(lǐng)域進(jìn)行了介紹；第一章對(duì)系統(tǒng)所要完成的功能和可擴(kuò)展的功能進(jìn)行描述，確定系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案主要元器件的選擇。通過單片機(jī)控制完全可以滿足設(shè)計(jì)所要求的正弦波信號(hào)的生成。作為應(yīng)用，現(xiàn)在已有 DDS產(chǎn)品用于接收機(jī)本振、信號(hào)發(fā)生器、通信系統(tǒng)、雷達(dá)系統(tǒng)、跳頻通信系統(tǒng)等。其主要優(yōu)點(diǎn)是相對(duì)帶寬很寬、頻率轉(zhuǎn)換時(shí)間極短（ 可小于 20ns）、頻率分辨率很高、全數(shù)字化結(jié)構(gòu)便于集成、輸出相位連續(xù)、頻率、相位和幅度均可實(shí)現(xiàn)程控。這樣一個(gè)信號(hào)發(fā)生裝置在控制領(lǐng)域有相當(dāng)廣泛的應(yīng)用范圍。=========