【正文】 圖 31 系統(tǒng)原理框圖 DDS 模塊在 Atmega128 的控制下輸出正弦波信號(hào)，這一個(gè)正弦波信號(hào)分兩路，一路正弦波信 號(hào)輸入到比較器模塊，通過電壓比較，比較器模塊會(huì)輸出一個(gè)同頻率的方波信號(hào)。 比較器模塊輸出的方波信號(hào)也分成兩路，一路方波信號(hào)輸入到波形選擇模塊，作為整個(gè)系統(tǒng)的方波信號(hào)輸出，另一路輸入到積分參數(shù)選擇模塊以備積分使用。 積分模塊接收到積分參數(shù)選擇模塊的輸入的方波 信號(hào)后，對(duì)方波信號(hào)進(jìn)行積分，將會(huì)得到三角波信號(hào)。 波形選擇模塊在 Atmega128 控制器的控制下，選擇輸出這三個(gè)波形的其中之一。 放大器模塊在 Atmega128 控制器的控制下進(jìn)行對(duì)信號(hào)放大參數(shù)進(jìn)行調(diào)整。人工界面模塊是人與機(jī)器進(jìn)行交流的一個(gè)通道，指令可以通過這個(gè)模塊輸入到整個(gè)系統(tǒng)，例如：波形頻率的改變，波形幅度的改變，波形的轉(zhuǎn)換等等。按照事先設(shè)計(jì)好的程序，控制其它系統(tǒng)共同完成這一指令。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(gè)系統(tǒng)能夠按照設(shè)計(jì)運(yùn)行。明確這一信號(hào)的意義所在。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。 （ 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)。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(shù)、控制放大系統(tǒng)模塊改變放大參數(shù)、控制波形選擇系統(tǒng)模塊改變輸出的波形等等。 主控系統(tǒng)作為整個(gè)系統(tǒng)的核心，它的能力決定著整個(gè)系統(tǒng)功能的實(shí)現(xiàn)，看似簡(jiǎn)單的一條指令，都體現(xiàn)著它的信息感受能力、信息處理能力和控制能力。主控系統(tǒng)接收到這一指令后，將這一指令轉(zhuǎn)換為 DDS 系統(tǒng)模塊能夠識(shí)別的指令控制其將信號(hào)頻率增加 100Hz，同時(shí)判斷是否要改變積分系統(tǒng)模塊的積分參數(shù)，如果需要改變，那么會(huì)控制積分系統(tǒng)模塊進(jìn)行參數(shù)調(diào)整。當(dāng)這一系列的調(diào)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。來實(shí)現(xiàn) ，由于。優(yōu)點(diǎn)。 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(shí)鐘頻率可達(dá)到 25MHz。如果產(chǎn)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(shí)序圖 圖 34為 AD9832 的操作時(shí)序圖。就是說 AD9832 在 SCLK 的下降沿的時(shí)侯將會(huì)讀取 SDATA 的電平狀態(tài)。 AD9832 在串行通信時(shí)，首先移入的是高位數(shù)據(jù)，然后移入的是低位數(shù)據(jù) [11]。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。 比較器模塊 比較器模塊電路圖如圖 36所示。內(nèi)部有 99個(gè)電阻陣列，每個(gè)電阻陣列都有抽頭點(diǎn)用以被滑動(dòng)單元訪問。 X9C103 操作時(shí)序圖如圖 37： 圖 37 X9C103時(shí)序圖 數(shù)字電位器 X9C103 與一個(gè) 10K 電阻串聯(lián)后，電阻的另一端端接正 5 伏，電位器的另一端接到地。通過調(diào)整電位器的阻值，可以得到不同的電壓值。正弦波與反向輸入端的這一電壓進(jìn)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)。通過調(diào)整電位器的阻值，可以調(diào)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(shí)間，從而改變方波的占空比。 83267451U12ADOP07AQSQUERVCC12VCC12 圖 38 電壓跟隨器 電壓跟隨器采用了運(yùn)放 OP07，將運(yùn)放的反向輸入端與輸出端連接到一起，信號(hào)從同向輸入端輸入 ,這樣就形成了同向電壓跟隨器。將前后兩級(jí)隔離開，減少了干擾。 圖 39 積分參數(shù)選擇模塊 74VHC4051 是一個(gè)單 8通道數(shù)控模擬電子開關(guān)，內(nèi)部含有有三個(gè)控制端 A、B、 C 和一個(gè) EN 輸入，當(dāng) EN 輸入端為“ 0”時(shí)，三位二進(jìn)制信號(hào)將選通 8 個(gè)通道中的一個(gè)通道 [13]。對(duì)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。對(duì)于頻率高的方波，積分出的三角波的幅度會(huì)很小。 為了避免出現(xiàn)這種情況，那么就需要對(duì)積分電路的積分參數(shù)進(jìn)行調(diào)整。 積分電路模塊的電路圖如圖 310 所示。積分電容將反向輸入端與輸出端連接到一起。 通過對(duì)信號(hào)頻率得分析，以及用積分電路實(shí)驗(yàn)得到驗(yàn)證，將 500Hz~3000Hz的信號(hào)分成了 5 個(gè)頻段，每一個(gè)頻段對(duì)應(yīng)一個(gè)電阻的阻值。 表 31 積分電路頻率參數(shù)與匹配電阻對(duì)應(yīng)表（重畫） 經(jīng)過這樣對(duì)應(yīng)之后，可以大大消弱三角波參差不齊的情況。這樣后續(xù)電路對(duì)三角波信號(hào)的處理就明顯簡(jiǎn)易了。 TRIGY22Y01Y3Y34VCC16Y15EN6X13VEE7GND8X012B9A10X311X215X114U1774VHC4052NVCCVCC5SINE500R53330R57330R591KR51Res1OUT1PC6PC7SQUER 圖 311 波形選擇模塊 波形選擇模塊用了 74VHC4052 數(shù)控模擬開關(guān)。進(jìn)行二次分壓是因?yàn)槿齻€(gè)波形的幅值大小不同一，經(jīng)過二次分壓后，三個(gè)波形的幅值基本保持了一致。 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。同向輸入端通過一個(gè) 10K電阻接地。通過調(diào)整數(shù)字電位器的電阻阻值，就可以調(diào)整整個(gè)放大器的放大倍數(shù)。這樣，這個(gè)簡(jiǎn)易的程控放大器的最大放大倍數(shù)為 10 倍，最小放大倍數(shù)為 倍 [14]。包括主控系統(tǒng)、 DDS 模塊、積分器、放大器、選擇器等部分。 4 軟件系統(tǒng)的設(shè)計(jì) 軟件系統(tǒng)總體流程 設(shè)計(jì) 系統(tǒng)軟件總體設(shè)計(jì)流程如圖 41所示。初始化包括系統(tǒng)各個(gè)參數(shù)的初始化，各個(gè)模塊的初始化。這時(shí)，系統(tǒng)處于 等待狀態(tài)。例如：改變通道 1 的頻率為 1100Hz。接著數(shù)碼管會(huì)顯示此時(shí)通道 1 的頻率已經(jīng)變?yōu)?1100。如果沒有改變，則維持原來狀態(tài)。如果相位的參數(shù)值發(fā)生了變化，程序也立刻會(huì)將此時(shí)相位的參數(shù)值轉(zhuǎn)化為對(duì)應(yīng)的相位的控制字傳送給 DDS 模塊。如果沒有發(fā)生變化，則維持原來狀態(tài)返回主程序。對(duì)于不同頻率的方波信號(hào)，選擇不同阻值的電阻與之對(duì)應(yīng)，這樣得到的三角波信號(hào)會(huì)比較統(tǒng)一。當(dāng)頻率在 800Hz~1000Hz 之間時(shí)，通道 2的電阻會(huì)被接入電路中。當(dāng)頻率在 1500Hz~2100Hz 之間時(shí)，通道 4的電阻會(huì)被接入電路中。 波形選擇模塊控制程序流程 監(jiān) 測(cè) 輸 出 波 形的 狀 態(tài)是 否 為 正 弦 波是 否 為 三 角 波是 否 為 方 波選 擇 通 道 1選 擇 通 道 3選 擇 通 道 2選 擇 通 道 1返 回開 始是否是否是否 圖 44波形選擇模塊控制程序流程圖 如圖 44，波形選擇模塊用于同一個(gè)通道不同波形切換。當(dāng)需要切換波形的時(shí)候，改變波形對(duì)應(yīng)的參數(shù)。當(dāng)選擇正弦波時(shí)，通道 1將會(huì)導(dǎo)通。當(dāng)選擇方波時(shí)，通道 3將會(huì)導(dǎo)通。 放大器模塊控制程序流程 開 始返 回是 否 為 三 角 波 是 否 為 正 弦 波 是 否 為 方 波是 否 改 變 幅 度改 變 放 大 器 的放 大 參 數(shù)是 否 改 變 幅 度改 變 放 大 器 的放 大 參 數(shù)是 否 改 變 幅 度改 變 放 大 器 的放 大 參 數(shù)頻 率 是 否 改 變?cè)O(shè) 置 放 大 器 為 固 定放 大 參 數(shù)否 否 否否否否否是是是是是 是是 圖 45放大器模塊控制程序流程圖 如圖 45，放大器控制模塊用于信號(hào)幅值的調(diào)整。如果是正弦波，在觀測(cè)其幅值對(duì)應(yīng)的參數(shù)是否發(fā)生變化，如果發(fā)生了變化，則會(huì)控制放大器模塊改變放大參數(shù)，使信號(hào)的幅度滿足要求值。而掃頻波不具有調(diào)幅這一功能，它只有一個(gè)幅度值。因?yàn)槿遣ㄊ怯煞讲ǚe分而來，雖然有積分參數(shù)的選擇，使得積分得到的三角波基本一致，但是仍然會(huì)有誤差。所以在頻率改變后，也要調(diào)整放大器的放大參數(shù)。 本章小結(jié) 本章主要介紹了整個(gè)系統(tǒng)的軟件組織結(jié)構(gòu)，論述了各個(gè)模塊的工作流程。 5 系統(tǒng)測(cè)試 系統(tǒng) 測(cè)試情況 正弦 波測(cè)試情況 通道 2為正弦波時(shí)，通道 1分別為正弦波、三角波、方波時(shí)的測(cè)試圖形如圖 5圖 5圖 53。 圖 51 通道 1為正弦波 圖 52 通道 1為三角波 圖 53 通道 1為方波 三角波測(cè)試情況 通道 2為三角波時(shí)，通道 1分別為正弦波、三角波、方波時(shí)的測(cè)試圖形如圖 5圖 5圖 56。 圖 57 通道 1為方波 圖 58 通道 1為正弦波 圖 59 通道 1為三角波 方波占空比測(cè)試 ， 如圖 5圖 51圖 51圖 51圖 514 所示 。 ， 如圖 5圖 511 所示。 (如圖 51圖 513) 圖 512 圖 513 通道 2相位落后通道 1相位 180176。 (如圖 51圖 517) 圖 516 圖 517 輸出掃頻波的圖形沒有給出。包括：正弦波測(cè)試、三角波測(cè)試、方波測(cè)試、占空比測(cè)試以及李沙育波形的觀測(cè)。 總 結(jié) 信號(hào)發(fā)生器 作為一種基礎(chǔ)儀器， 在科技領(lǐng)域和生產(chǎn)實(shí)踐中有著廣泛的應(yīng)用。主 要采用 AVR 單片機(jī)、 DDS 模塊、 LED、鍵盤產(chǎn)生方波、正弦波、三角波和掃頻波及實(shí)現(xiàn)輸出幅度、頻率在一定范圍內(nèi)可調(diào)及顯示的功能。誤差為177。 5% ； （ 4）方波占空比可調(diào)； （ 5）輸出掃頻波，掃頻范圍 500Hz~10kHz； （ 5）李沙育圖形的觀測(cè)； 為了讓學(xué)生 了解信號(hào)發(fā)生器的原理 和工作流程，本文 設(shè)計(jì) 的 用于實(shí)驗(yàn)教學(xué)的 信號(hào)發(fā)生器的性能指標(biāo)并不高。 本文介紹的信號(hào)發(fā)生器在性能指標(biāo)上留有很大的提升空間。則對(duì)于信號(hào)頻率的范圍和精度的性能指標(biāo)都有很大的提高空間。采用的數(shù)字電位器 X9C104的阻值范圍是 40 歐姆到 100K 歐姆。放大器的工作電壓為土 12V。 (3)比較器的基準(zhǔn)電壓是經(jīng)過數(shù)字電位器與電阻分壓得到，采用擁有更小滑動(dòng)增量的數(shù)字電位器，可以使方波信號(hào)占空比的精度有很大提升空間。將這一直流偏量去除會(huì)更加完美。具有更高制造水平、更高性能指標(biāo)的信號(hào)發(fā)生器還需要我們?nèi)パ芯?、去?chuàng)造。 6a*CZ7H$dq8Kqqf HVZFedswSyXTyamp。 UE9aQGn8xp$Ramp。 qYpEh5pDx2zVkumamp。ksv*3t nGK8!z89Am YWpazadNuKNamp。 qYpEh5pDx2zVkum amp。 ksv*3t nGK8! z89Am YWpazadNuKNamp。 qYpEh5pDx2zVkum amp。 ksv*3t nGK8! z89Am YWpazadNuKNamp。 qYpEh5pDx2zVkumamp。 ksv*3tnGK8! z89Am UE9aQGn8xp$Ramp。 qYpEh5pDx2zVkumamp。 ksv*3tnGK8! z89Am YWpazadNuKNamp。 qYpEh5pDx2zVkumamp。 ksv*3t nGK8! z89Am YWpazadNuKNamp。 qYpEh5pDx2zVkumamp。 ksv*3t nGK8! z89Am YWpazadNuKNamp。 qYpEh5pDx2zVkum amp。 ksv*3t nGK8! z8vGt YM*Jgamp。 QA9wkxFyeQ^! dj 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