【正文】 波形發(fā)生器的發(fā)展?fàn)顩r波形發(fā)生器是能夠產(chǎn)生大量的標(biāo)準(zhǔn)信號和用戶定義信號的，并可以保證高穩(wěn)定性、高精度、易操作性和可重復(fù)性的電子儀器。在 70 年代以前，信號發(fā)生器主要有兩類：脈沖波和正弦波，而波形發(fā)生器介于兩類之間，能夠提供正弦波、方波、三角波等幾種常用標(biāo)準(zhǔn)波形，如果產(chǎn)生其它波形時，則需要采用較復(fù)雜的電路和機電結(jié)合的方法。同時，主要體現(xiàn)在兩個較為突出的問題上，一是通過電位器的調(diào)節(jié)來實現(xiàn)輸出頻率的調(diào)節(jié)，因此很難將頻率調(diào)到某一個固定值；二是脈沖的占空比不可調(diào)節(jié)。這個時期的波形發(fā)生器大多數(shù)以軟件為主，它的實質(zhì)就是采用微處理器對 DAC的程序控制，就能夠得到各種簡單的波形。實際上HP8770A也僅可以產(chǎn)生8 種波形，而且價格十分昂貴。 到了二十一世紀(jì)，隨著集成電路技術(shù)的高速發(fā)展，出現(xiàn)了很多種工作頻率可以超過 GHz 的DDS 芯片，同時也推動了函數(shù)波形發(fā)生器的發(fā)展，在2003 年，Agilent的產(chǎn)品 33220A就能夠產(chǎn)生 17 種波形，最高頻率可達(dá)到 20M，在2005 年，產(chǎn)品N6030A 已經(jīng)能夠產(chǎn)生高達(dá) 500MHz 的頻率，采樣的頻率可以達(dá)到 。圖21系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖本系統(tǒng)結(jié)構(gòu)如圖21所示，本設(shè)計可分為以下模塊：單片機主控模塊、鍵盤模塊、DDS模塊、液晶模塊、增益可控模塊。 單片機主控模塊STC89C52是一種帶8K字節(jié)閃爍可編程可擦除只讀存儲器（FPEROMFlash Programmable and Erasable Read Only Memory ）的低電壓，高性能CMOS 8位微處理器，俗稱單片機。STC89C52有40個引腳，4個8位并行I/O口，1個全雙工異步串行口，同時內(nèi)含5個中斷源，2個優(yōu)先級，2個16位定時/計數(shù)器。它的內(nèi)部結(jié)構(gòu)如圖22所示：圖22 單片機內(nèi)部結(jié)構(gòu)框圖STC89C52具有以下標(biāo)準(zhǔn)功能： 8k字節(jié)Flash，512字節(jié)RAM， 32 位I/O 口線，看門狗定時器，內(nèi)置4KB EEPROM，MAX810復(fù)位電路，三個16 位定時器/計數(shù)器，一個6向量2級中斷結(jié)構(gòu)，全雙工串行口。在空閑模式下，CPU 停止工作，允許RAM、串口、定時器/計數(shù)器、中斷繼續(xù)工作。片內(nèi)程序存儲器ROM(4KB)，用以存放一些原始數(shù)據(jù)、程序和表格。片內(nèi)數(shù)據(jù)存儲器RAM(128B)，用以存放可以讀／寫的數(shù)據(jù)，如運算的中間結(jié)果、最終結(jié)果以及顯示的數(shù)據(jù)等，SST89 系列單片機最多提供1K 的RAM。SST 公司推出的89 系列單片機分別集成了16K、32K、64K Flash 存儲器，可供用戶根據(jù)需要選用。為方便設(shè)計串行通信，目前的52 系列單片機都會提供3個16 位定時器/計數(shù)器。一個全雙工UART(通用異步接收發(fā)送器)的串行I／O 口，用于實現(xiàn)單片機之間或單機與微機之間的串行通信。最高允許振蕩頻率為12MHz。五個中斷源的中斷控制系統(tǒng)。. STC89C52的引腳圖如圖23所示：圖23 STC89C52的引腳圖STC89C52部分引腳說明：時鐘電路引腳XTAL1 和XTAL2：XTAL1(19 腳)：接外部晶體和微調(diào)電容的另一端；在片內(nèi)它是振蕩電路反相放大器的輸入端。XTAL2(18 腳)：接外部晶體和微調(diào)電容的一端；在8051 片內(nèi)它是振蕩電路反相放大器的輸出端，振蕩電路的頻率就是晶體固有頻率。要檢查8051/8031 的振蕩電路是否正常工作，可用示波器查看XTAL2 端是否有脈沖信號輸出。當(dāng)此輸入保持備用電源的輸入端。RST 引腳的第二功能是VPD,即接入RST 端，為RAM 提供備用電源，以保證存儲在RAM 中的信息不丟失，從而合復(fù)位后能繼續(xù)正常運行。在訪問片外程序存儲器時，此端定時輸出負(fù)脈沖作為讀片外存儲器的選通信號。PSEN 端有效，即允許讀出EPROM／ROM 中的指令碼。要檢查一個8051/8031 小系統(tǒng)上電后CPU 能否正常到EPROM／ROM 中讀取指令碼，也可用示波器看PSEN 端有無脈沖輸出。ALE/PROG(30 腳)：地址鎖存允許信號端。CPU 訪問片外存儲器時，ALE 輸出信號作為鎖存低8 位地址的控制信號。如果想確定8051/8031 芯片的好壞，可用示波器查看ALE端是否有脈沖信號輸出。ALE 端的負(fù)載驅(qū)動能力為8個LS 型TTL(低功耗甚高速TTL)負(fù)載。EA/VPP(31 腳)：外部程序存儲器地址允許輸入端/固化編程電壓輸入端。當(dāng)輸入信號EA 引腳接低電平(接地)時，CPU 只訪問外部EPROM/ROM 并執(zhí)行外部程序存儲器中的指令，而不管是否有片內(nèi)程序存儲器。此引腳的第二功能是VPP是對8751 片內(nèi)EPROM固化編程時，作為施加較高編程電壓(一般12V～21V)的輸入端。作為漏極開路的輸出端口，每位能驅(qū)動8個LS 型TTL 負(fù)載。作輸入口使用時要先寫1,這就是準(zhǔn)雙向口的含義。在此期間，P0口內(nèi)部上拉電阻有效。P1口每位能驅(qū)動4個LS 型TTL 負(fù)載。P2口(～，21~28 腳)：P2口是一個帶內(nèi)部上拉電阻的8 位準(zhǔn)雙向I/O口。在訪問片外EPROM/RAM 時，它輸出高8 位地址。P3口每位能驅(qū)動4個LS型TTL負(fù)載。由片內(nèi)特殊功能寄存器中的中斷允許寄存器IE控制CPU是否響應(yīng)中斷請求；由中斷優(yōu)先級寄存器IP安排各中斷源的優(yōu)先級；同一優(yōu)先級內(nèi)各中斷同時提出中斷請求時，由內(nèi)部的查詢邏輯確定其響應(yīng)次序。89C52單片機內(nèi)集成有兩個可編程的定時/計數(shù)器：T0和T1，它們既可以工作于定時模式，也可以工作于外部事件計數(shù)模式，此外，T1還可以作為串行口的波特率發(fā)生器。和CRT顯示器相比，LCD的優(yōu)點是很明顯的。顯示接口用來顯示系統(tǒng)的狀態(tài)，命令或采集的電壓數(shù)據(jù)。LCD1602液晶模塊采用HD44780控制器，HD44780具有簡單而功能較強的指令集，可以實現(xiàn)字符移動，閃爍等功能，LM016L與單片機MCU通訊可采用8位或4位并行傳輸兩種方式，HD44780控制器由兩個8位寄存器，指令寄存器（IR）和數(shù)據(jù)寄存器（DR）忙標(biāo)志（BF），顯示數(shù)RAM（DDRAM），字符發(fā)生器ROM（CGOROM）字符發(fā)生器RAM（CGRAM），地址計數(shù)器RAM(AC)。VDD（2腳）：接電源。RS（4腳）：RS為寄存器選擇，高電平1時選擇數(shù)據(jù)寄存器、低電平0時選擇指令寄存器。E（6腳）：E(或EN)端為使能(enable)端，下降沿使能。它的基本原理就是利用采樣原理，通過查表法產(chǎn)生波形。但是由于DDS數(shù)字化實現(xiàn)的固有特點，決定了其輸出頻譜雜散較大。DDS技術(shù)建立在采樣定理的基礎(chǔ)上，它首先對需要產(chǎn)生的信號波形進(jìn)行采樣和量化，然后存入存儲器作為待產(chǎn)生信號波形的數(shù)據(jù)表。具體原理框圖如圖25所示。加法器將頻率控制字與累加寄存器輸出的累加相位數(shù)據(jù)相加，把相加后的結(jié)果送至累加寄存器的數(shù)據(jù)輸入端。由此可以看出，相位累加器輸出的數(shù)據(jù)就是合成信號的相位，相位累加器的溢出頻率就是DDS輸出的信號頻率。在參考頻率為166。0為： （21）輸出信號的頻率分辨率Δ166。它內(nèi)部載有比較器能產(chǎn)生方波用來產(chǎn)生脈沖信號。提供了相位調(diào)制和脈沖調(diào)制的功能。頻率和相位調(diào)制由存儲寄存器決定，可以通過軟件或是通過FSELECT和PSELECT兩個管腳操作串行口或修改存儲器。串口的操作時鐘頻率最高達(dá)到40MHz，并且有DSP和微控制器標(biāo)準(zhǔn)兼容。在此腳與AGND有個電阻RSET。電流和RSET的關(guān)系：IOUTFULLSCALE=18*FSADJUST/RSETFSADJUST=(額定),REST= KΩ(典型值)REFOUT（2腳）：輸出參考電壓。用來耦合偏置電壓AVDD（4腳）：模擬部分正極電源。DVDD（5腳）：數(shù)字部分正極電源。此電源產(chǎn)生于DVDD，用的是板上調(diào)節(jié)器。DGND（7腳）：數(shù)字的接地。DDS輸出地頻率表述為主時鐘頻率的二進(jìn)制小數(shù)形式。FSELECT（9腳）：頻率選擇輸入端。要用的頻率寄存器可以由FSELECT或FSEL位來選擇。PSELECT（10腳）：相位選擇輸入端，PSELECT控制相位寄存器,PHASE0/PHASE1,增加到相位累加器的輸出，要用相位寄存器時可由FSELECT腳或PSEL位來選擇，當(dāng)由FSEL位控制時，F(xiàn)SELECT腳應(yīng)接在CMOS的高或低。此引腳復(fù)位相應(yīng)的內(nèi)部寄存器置0，這相當(dāng)于部分模擬輸出。SLEEP（12腳）：激活高位數(shù)字輸入端，當(dāng)此引腳置高，DA轉(zhuǎn)換關(guān)閉。SDATA（13腳）：數(shù)據(jù)串口輸入端。SCLK（14腳）：串行時鐘輸入。FSYNC（15腳）：激活地位控制輸入端。當(dāng)FSYNC拉低，內(nèi)部邏輯電路就會告知芯片一位新的字節(jié)進(jìn)入了。此引腳可以輸出比較器的輸出，也可輸出來自NCO的MSB，在寄存器置位POPBITEN可以使能此腳，DIGN/PIB為決定是比較器輸出還是來自NCO的MSB輸出。比較器能夠由正弦波DA轉(zhuǎn)換的輸出產(chǎn)生方波。當(dāng)置位OPBITEN和SIGN/PIB寄存器以置1，比較器輸入接VINAGND（18腳）：模擬的接地。這是一個高阻抗電流源。IOUTB應(yīng)該在AGND之間接200的外部電阻，也可直接接AGND，建議在AGND間接一個20pF電容防止時鐘饋通。 單片機主控電路及液晶顯示電路用STC89C52的P2口作為數(shù)據(jù)線，、R/W、RS。向LCD的顯示緩沖區(qū)中送字符，程序中采用2個字符數(shù)組，一個顯示字符，另一個顯示電壓數(shù)據(jù)，要顯示的字符或數(shù)據(jù)被送到相應(yīng)的數(shù)組中，,判斷是否夠顯示的個數(shù)，不夠則地址加一取下一個要顯示的字符或數(shù)據(jù)。最小的刻板技術(shù)一般對接地面很好，因為它給接地面很好的防護(hù)。如果AD9834是單個設(shè)備需要AGND和DGND連接，板上的地面應(yīng)該在AD9834的AGND和DGND腳連接如果AD9834在一個系統(tǒng)中復(fù)雜的設(shè)備要AGND和DGND連接，連接應(yīng)該在一個點上，盡可能在AD9834附近建立一個中性點。－“4*4行列式鍵盤”，系統(tǒng)首先通過CPU對全部鍵盤進(jìn)行掃描，即把第一根行線置為“0”狀態(tài)，其余行線置于“1”狀態(tài)，讀入輸入緩沖器的狀態(tài)，若其狀態(tài)全為“1”表明該行無鍵按下，再將第二根行線置為“0”狀態(tài)，同樣讀入輸入緩沖器的狀態(tài)，如其狀態(tài)也全為“1”，則置第一根行線置為“0”狀態(tài)，以此類推。 增益可控電路由于要使輸出幅度可調(diào)，因為在DDS的輸出端加上了一個增益可變的放大器，由于使用的是單電源進(jìn)行供電，因此需要把信號先耦合到電源的中心點，設(shè)計中通過一個電位器改變運放反向端到地的阻抗從而改變增益，電路圖如圖34所示：圖34 增益可控模塊的電路圖第4章 系統(tǒng)軟件設(shè)計 Keil軟件的介紹Keil C51是美國Keil Software公司出品的51系列兼容單片機C語言軟件開發(fā)系統(tǒng)，與匯編相比，C語言在功能上、結(jié)構(gòu)性、可讀性、可維護(hù)性上有明顯的優(yōu)勢，因而易學(xué)易用。運行Keil軟件需要WIN9NT、WIN2000、WINXP等操作系統(tǒng)。Keil C51軟件提供豐富的庫函數(shù)和功能強大的集成開發(fā)調(diào)試工具，全Windows界面。在開發(fā)大型軟件時更能體現(xiàn)高級語言的優(yōu)勢。開發(fā)人員可用IDE本身或其它編輯器編輯C或匯編源文件。目標(biāo)文件可由LIB51創(chuàng)建生成庫文件，也可以與庫文件一起經(jīng)L51連接定位生成絕對目標(biāo)文件(.ABS）。Keil C51軟件的優(yōu)點有以下兩點： C51生成的目標(biāo)代碼效率非常之高，多數(shù)語句生成的匯編代碼很緊湊，容易理解。 ⒉與匯編相比，C語言在功能上、結(jié)構(gòu)性、可讀性、可維護(hù)性上有明顯的優(yōu)勢，因而易學(xué)易用。Keil C51軟件提供豐富的庫函數(shù)和功能強大的集成開發(fā)調(diào)試工具，全Windows界面。周期的改變可采用插入延時子程序的方法來實現(xiàn)。軟件任務(wù)分析環(huán)節(jié)是為軟件設(shè)計做一個總體的規(guī)劃。這兩類軟件的設(shè)計方法各有特色，執(zhí)行軟件的設(shè)計偏重算法效率，與硬件關(guān)系密切，千變?nèi)f化。在各執(zhí)行模塊進(jìn)行定義時，將要牽扯到的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)和數(shù)據(jù)類型問題也一并規(guī)劃好。首先根據(jù)系統(tǒng)功能和鍵盤設(shè)置選擇一種最適合的監(jiān)控程序結(jié)構(gòu)。這如同當(dāng)一名操作工人比較容易，而當(dāng)一個廠長就比較難了。整個系統(tǒng)軟件可分為前臺程序和后臺程序（背景程序）。不過也可以將全部程序均安排在前臺，后臺程序為“使系統(tǒng)進(jìn)入睡眠狀態(tài)”，以利于系統(tǒng)節(jié)電和抗干擾。 unsigned long FreqWord=(unsigned long)(Freq * + )。 //低14位 unsigned int MSB = (FreqWord / 0x4000) + 0x4000。 //正弦波 break。 //三角波 break。 //方波,0x2080輸出MSB,0x2020輸出MSB/2 break。 //寫FREQ0 REG 的LSB WriteDat(MSB)。 WriteDat(0xC000 + PhaseWord)。 sbit AD9834_SCLK=P2^6。 void AD9834(unsigned char Type,unsigned long Freq,unsigned int Phase)。在本波形發(fā)生器的設(shè)計調(diào)試中遇到了很多的問題。 軟件調(diào)試信號發(fā)生器是多功能的數(shù)字型系統(tǒng)，所以對于它的程序也較為復(fù)雜,所以在編寫程序和調(diào)試時出現(xiàn)了相對較多的問題。在軟件的調(diào)試過程中主要遇到的問題如下：1．燒入程序后，LCD液晶顯示閃動,而且亮度不均勻。其次，由于本作品是使用動態(tài)掃描方式顯示的數(shù)字，動態(tài)掃描很快，人的肉眼是無法看出,但是調(diào)用的顯示程序時，如果不在返回時屏蔽掉最后的附值，則會出現(xiàn)很亮的現(xiàn)象，所以在顯示的后面加了屏蔽子令，最后解決了此問題。解決：重新檢查矩陣鍵盤電路的連接，重新建立一個新的對應(yīng)關(guān)系。不同頻率時產(chǎn)生的波形如下圖所示。經(jīng)過我長時間的設(shè)計及調(diào)試，本系統(tǒng)基本能實現(xiàn)波形發(fā)生器的所有功能。我的綜合設(shè)計主要涉及硬件和軟件兩方面的內(nèi)容，通過這些我的硬件和軟件開發(fā)能力都獲得了提高?；菊莆樟薖rotel99SE原理圖的方法，并設(shè)計了一個單片機最小系統(tǒng)。并且我學(xué)會了分析問題解決問題的能力，加深了對所學(xué)理論知識的理解和運用