【正文】 分立元件三極管構(gòu)成正弦振蕩，雖然實(shí)現(xiàn)簡(jiǎn)單但波形單一，靈活性差，若改用可調(diào)電容是可以產(chǎn)生不同頻率但信號(hào)不穩(wěn)，難調(diào)。 通過(guò)分析，并且結(jié)合自身的條件，我選擇方案三。 硬件設(shè)計(jì)思路 該系統(tǒng)可完成短距離溫度的測(cè)量，并能將測(cè)量到的溫度以數(shù)值的方式在LCD1602 上顯示出來(lái)。 ② DDS 信號(hào)源 ： 由 AT98C51 產(chǎn)生一個(gè)模擬正弦波，這個(gè)正弦波能夠直接作為基準(zhǔn)信號(hào)源或通過(guò)其內(nèi)部高速比較器轉(zhuǎn)換成方波輸出。 ④ 單片機(jī)控制 電路：模擬 信號(hào)送入 發(fā)射模塊發(fā)送出去、并由接收模塊接收 ，最臺(tái)州學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 3 后將得到的數(shù)字信號(hào)送到單片機(jī)進(jìn)行處理。 總體設(shè)計(jì) 研究設(shè)計(jì)的基本思路是：首先完成 溫度采集模塊和 DDS 模塊的制作，以及單片機(jī)主控模塊及溫度顯示電路，發(fā)射接收 模塊和數(shù)碼管顯示模塊的制作。然后通過(guò) DDS 模塊產(chǎn)生頻率信號(hào)源經(jīng)無(wú)線(xiàn)收發(fā)電路完成數(shù)據(jù)通信功能，最終在了、 LCD1602 上顯示出當(dāng)前的溫度，從而實(shí)現(xiàn)對(duì)溫度信號(hào)的短距離無(wú)線(xiàn) 測(cè)量及顯示功能。 圖 31 短距離無(wú)線(xiàn) 溫度測(cè)量框圖 3． 硬件設(shè)計(jì) 硬件電路設(shè)計(jì)總原理圖見(jiàn)附 錄一，設(shè)計(jì)上可分為五塊電路，分別是溫度采集電路、DDS 信號(hào)源、發(fā)射接收模塊電路、單片機(jī)控制和顯示 電路。 溫度采集電路 電路設(shè)計(jì) 溫度采集電路中可以選擇使用多種溫度傳感器，比如熱電偶、熱敏電阻、 AD590 和DS18B20 等，本設(shè)計(jì)中采用的溫度傳感器感是數(shù)字傳感器 DS18B20，下面將會(huì)對(duì)該核心芯片作具 體的介紹。 圖 32 溫度采集電路 DS18B20 簡(jiǎn)介 美國(guó) DALIAS 公司近年來(lái)推出了以 DS18B20 為代表的系列集成溫度傳感器。 DS18B20 的 外部形狀與管腳圖 ,如下圖 33 所示 : 圖 33 DS18B20的 外部形狀與管腳圖 DQ 為數(shù)字信號(hào)輸入 /輸出端； GND 為電源地； VDD 為外接供電電源輸入端 (在寄生電源接線(xiàn)方式時(shí)接地 )。由于本系統(tǒng)中的傳感器是置于空中工作，并且工作環(huán)境不是單一的，所以只需將傳感器分布開(kāi)來(lái)焊在電路板 的四個(gè)角。單線(xiàn)接口，只需一根總線(xiàn)與 CPU 連接； 支持多點(diǎn)組網(wǎng)功能，多個(gè) DS18B20 可以井聯(lián)在唯一的三線(xiàn)上； 臺(tái)州學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 5 通過(guò)編程可以實(shí)現(xiàn) 1/2—— 1/16 oC的四級(jí)精度轉(zhuǎn)換； 用戶(hù)可自設(shè)定非易失性的報(bào)警上下限值； 芯片本身帶有命令集和存儲(chǔ)器。第一、二個(gè)字節(jié)是溫度數(shù)據(jù)字節(jié) (MSB、 LSB)，可以在系統(tǒng)配置寄存器中自行設(shè)置數(shù)據(jù)位數(shù) (9～ 12 位 )，數(shù)據(jù)位越多溫度分辨率越高， 9 位數(shù)據(jù)溫度分辨率為 ℃ ,12 位數(shù)據(jù)溫度分辨率為℃，多余的高位是溫度數(shù)據(jù)的符號(hào)擴(kuò)展位，溫度數(shù)據(jù)格式如表 1所列。第五字節(jié)是系統(tǒng)配置寄存器， DS18B20 在 工作時(shí)按此寄存器中的分辨率將溫度轉(zhuǎn)換成相應(yīng)精度的數(shù)值 , 其各位定義如表 2所示。 表 1 DS18B20 溫度數(shù)據(jù)格式 溫度 數(shù)字量輸出 (2 進(jìn)制 ) 數(shù)字量輸出 (16 進(jìn)制 ) +125℃ 0000 0111 1101 0000 07D0H +℃ 0000 0001 1001 0001 0191H +℃ 0000 0000 1010 0010 00A2H +℃ 0000 0000 0000 1000 0008H 0℃ 0000 0000 0000 0000 0000H ℃ 1111 1111 1111 1000 FFF8H ℃ 1111 1111 0101 1110 FF5EH ℃ 1111 1110 0110 1111 FF6FH 125℃ 1111 1100 1001 0000 FC90H 表 2 DS18B20 配置寄存器結(jié)構(gòu) 臺(tái)州學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 6 表 3 配置寄存器與分辨率關(guān)系表 R0 R1 溫度計(jì)分辨率 / bit 最大轉(zhuǎn)換時(shí)間 / ms 0 0 9 0 1 10 1 0 11 375 1 1 12 750 DS18B20 的測(cè)溫原理如下圖所示，圖中低溫度系數(shù)晶振的振蕩頻率受溫度影響很小，用于產(chǎn)生固定頻率的脈沖信號(hào)送給計(jì)數(shù)器 1。計(jì)數(shù)器 1 和溫度寄存器被預(yù)置在 55℃所對(duì)應(yīng)的一個(gè)基數(shù)值。斜率累加器用于補(bǔ)償和修正測(cè)溫過(guò)程中的非線(xiàn)性，其輸出用于修正計(jì)數(shù)器 1 的預(yù)置值。電路如圖 35所示。當(dāng)參照準(zhǔn)確的時(shí)鐘源，AD9 851可以產(chǎn)生一個(gè)穩(wěn)定的頻率和相位且可數(shù)字化編程的模擬正弦波輸出。AD9851采用的最新的高速DDS內(nèi)核可接受32位的頻率控制字，180MHz系統(tǒng)時(shí)鐘，分。 D7 為最高位 . D0=最低位 D7, 25 引腳 , 也作為 40 位控制字串行輸入引腳 PGND 5 6 REFCLK倍乘器接口 PVCC 6 6 REFCLK 倍乘器正向供電電壓引腳 WCLK 7 數(shù)據(jù)加載時(shí)鐘 . 上升沿加載并行或串行頻率 /相位控制字異步輸入到40bit 輸入寄存器 FQUD 8 頻率更新 上升沿異步加載 40位數(shù)據(jù)到內(nèi)部數(shù)據(jù)寄存器對(duì) DDS核心起作用 . FQ_UD 作用當(dāng)輸入寄存器只能容納一位有效的數(shù)據(jù)。系統(tǒng)時(shí)鐘上升沿開(kāi)始工作。 VINP 16 內(nèi)部比較器的正向輸入端。 IOUTB 20 互補(bǔ) DAC 輸出 具有和 IOUT 有相同的參數(shù)，除去 IOUTB = (滿(mǎn)量程輸出 IOUT). 輸出負(fù)載應(yīng)該等于 IOUT最好的 無(wú)雜散性能 DIOUT 21 DAC 輸出端轉(zhuǎn)換通常是一電阻或一變壓器接到地 . IOUT = (滿(mǎn)量程輸出 – IOUTB) AD9851 的特性 芯片 具有 高性能 10 位 DAC 和高速滯后比較 器； 32 位頻率 控制字； 異步加載格式 ； 比較 器紋波 抖動(dòng) 80 ps pp 20 MHz； 低功耗： 555 毫瓦 180 兆赫 ； 超 小 28 引線(xiàn) SSOP 封裝 ； 臺(tái)州學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 10 功能方框圖 圖 37 AD9851功能框圖 該 AD9851 包含一個(gè)內(nèi)部的高速比較器。可進(jìn)行頻率調(diào)整，控制能將相位調(diào)諧字異步加載到 AD9851 并通過(guò)并行或串行方式載入。第一個(gè) 8 位字節(jié)控制輸出相位， 6 REFCLK 倍乘器，電源關(guān)閉啟用和裝載模式 。串行加載完成是通過(guò)一個(gè) 40 位串行數(shù)據(jù)流進(jìn)入通過(guò)其中一根并行輸入總線(xiàn)。供電電源僅 555 毫瓦功率耗散（ +5 V電源供電） ，最大時(shí)鐘速率為 180 兆赫。 AD9851 系統(tǒng)時(shí)鐘和調(diào)諧字輸出頻率之間的關(guān)系表示： Δ Phase =十進(jìn)制值的 32 位頻率調(diào)諧字。 fOUT = 輸出信號(hào)的頻率 in MHz. 數(shù)字正弦波輸出的 DDS的核心驅(qū)動(dòng)器為內(nèi)部高速 10 位 D / A 轉(zhuǎn)換器，輸出為正弦波模擬形式。DAC可以工作在任一單端，輸出不同的波形。具體來(lái)說(shuō)，其輸出頻譜中包含的基本波和鋸齒信號(hào)（圖像）。發(fā)射端先用電容耦合再用 9018 構(gòu)成丙類(lèi)放大，丙類(lèi)放大 管 功耗很小可以把大部分功耗傳遞給 RC 選頻網(wǎng)絡(luò)，再經(jīng) C2 耦合 到 天線(xiàn)，天線(xiàn)發(fā)送出去。 圖 38 無(wú)線(xiàn)發(fā)射接收 電路 臺(tái)州學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 12 丙類(lèi) 諧振功率 放大 器 丙類(lèi)諧振功率放大器原理電路 原理電路圖如 39所示 圖 39 丙類(lèi)諧振功率放大器 LC 諧振網(wǎng)絡(luò)為放大器的并聯(lián)諧振網(wǎng)絡(luò)。 作用：濾波、匹配。 BBV 的值應(yīng)小于放大管的導(dǎo)通電壓 onU ，通常取 BBV0? 。 丙類(lèi)諧振功率放大器工作原理 i B E B C Cu u i i u? ? ? ? iu 為余弦電壓， 可表示為 i imu =U cos t? 則： B E B B i B B imu = V +u = V + U c os t? 根據(jù)三極管的轉(zhuǎn)移特性可得到集電極電流 Ci ，為余弦脈沖波，如圖 310所示： 臺(tái)州學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 13 圖 310 Ci 波形 根據(jù)傅立葉級(jí)數(shù)的理論， Ci 可分解為： C C 0 c 1 c 2 c 3 c ni = I + i + i + i + + i + 式中： C0I 為直流電流分量 c1i 為基波分量， c1 cm1i =I cos ct? c2i 為二次諧波分量， c2 cm2i =I cos 2 ct? i 為 n 次諧波分量， cmni =I cos t? 其中，它們的大小分別為： C0 Cmax 0I =i ( )?? cm1 Cmax 1I =i ( )?? cmn CmaxI =i ( )n?? Cmaxi 是 Ci 波形的脈沖幅度， 0()??、 1()??和 ()n??分別為直流分解系數(shù)、基波分量分解系數(shù)和 n 次諧波分量分解系數(shù)， ()n??的大小可根據(jù)余弦脈沖分解系數(shù)表查。 21臺(tái)州學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 15 選 頻網(wǎng)絡(luò)在高頻電子線(xiàn)路中得到廣泛應(yīng)用，它能選出我們需要的頻率分量，濾去不需要的頻率分量。 串聯(lián) 諧振 回路的阻抗在某一特定頻率上具有最小值，而偏離這個(gè)特定頻率的時(shí)候阻抗將迅速增大。 諧振回路具有選頻和濾波作用。 串聯(lián)諧振角頻率 o? 和頻率 of 分別為 1o LC? ? 12of LC?? 諧振回路（由 L、 C 組成） 各種濾波器 LC 集中濾波器 石英晶體濾波器 陶瓷濾波器 聲表面波濾波器 選頻網(wǎng)絡(luò) 單 振蕩回路 耦合振蕩回路 臺(tái)州學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 16 諧振特性 ①諧振時(shí)（ o??? ），回路電抗 X 為 0，阻抗 Z=R 為最小值，且為純電阻性； 0??? 時(shí)， 1LC? ?，回路呈感性； 0??? 時(shí)， 1LC? ?，回路呈容性。 ③諧振時(shí)，電感及電容兩端電壓模值相等，且等于外加電壓的 oQ 倍。 ooo1Q LR CR? ??? 廣義失諧系數(shù) ?， 表示回路失諧大小的量 ，其定義為 ooooo1()QoL LX CR R R? ? ? ????? ? ? ? ?? ? ? ? ?? ? ? ? ? ?? ? ? ?? ? ? ?失 諧 時(shí) 的 阻 抗 諧振曲線(xiàn)和通頻帶 ①諧振曲線(xiàn) 串聯(lián)諧 振回路中電流幅值與外加電 壓 頻率之間的關(guān)系曲線(xiàn)稱(chēng)為諧振曲線(xiàn)。 ssV1()() 1V()R j LIR CNf IR j L CR? ?? ???? ? ???o失 諧 時(shí) 電 流諧 振 時(shí) 電 流 111 11jLCR???????? 臺(tái)州學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 17 由圖可見(jiàn)，回路的 oQ 值越高，諧振 曲線(xiàn) 越 尖銳， 回路的 選擇性好 。 ②通頻帶 回路外加電壓的幅值不變，改變頻率，回路電流 I 下 降 到 Io 的 12時(shí)所對(duì)應(yīng)的頻率范圍稱(chēng)為諧振回路的通頻帶 ，其絕對(duì)值（用 ?? 或 ? 表示）