2007年H題信號發(fā)生器以SPCE061A單片機為中心控制系統(tǒng)，由輸入模塊、液晶顯示模塊、波形產(chǎn)生模塊、幅度放大模塊電路組成。采用DDS專用芯片AD9834產(chǎn)生正弦波、方波、三角波等波形，經(jīng)可編程放大器AD603放大后輸出信號發(fā)生器濱州學院張超高勇張乾宗摘要本設(shè)計以SPCE061A單片機為中心控制系統(tǒng)，由輸入模塊、液晶顯示模塊、波形產(chǎn)生模塊、幅度放大模塊電路組成。采用DDS專用芯片AD9834產(chǎn)生正弦波、方波、三角波等波形，經(jīng)可編程放大器AD603放大后輸出,輸入在單片機的控制下，經(jīng)D/A轉(zhuǎn)換后控制AD9834產(chǎn)生波形的類型,波形的幅值、類型、頻率和步進值在單片機的控制下由液晶顯示。一、系統(tǒng)方案1、信號發(fā)生部分方案一采用單片壓控函數(shù)發(fā)生器，如MAX038。MAX038可以方便地產(chǎn)生頻率（01HZ20MHZ）可變的正弦波、方波、三角波及實現(xiàn)數(shù)控頻率調(diào)整。但是，其輸出頻率的穩(wěn)定度低，頻率的步長控制難以達到理想的結(jié)果。方案二采用DDS波形發(fā)生技術(shù)，采用FPGA和單片機相結(jié)和的方式實現(xiàn)頻率控制，由于本信號源只產(chǎn)生三種常見波形，不需要大規(guī)模的FPGA。方案三采用專用的DDS芯片，因為AD9834可以直接產(chǎn)生正弦波等常見波形用單片機的控制字可以方便地進行控制輸出不同的波形，故本方案采用DDS專用芯片AD9834來實現(xiàn)。2、信號輸出部分方案一采用單一增的電壓放大電路，要改變放大倍數(shù)時，則需采用切換外部電阻的方式，這種方式每一種增益都需要一套不同的電阻，因此只能有有限的幾種增益，電路結(jié)構(gòu)和切換過程都較復雜，而且切換速度慢，使用也不方便，切換不同的電阻還可能使放大器的輸入阻抗發(fā)生變化，從而影響精度。方案二采用可編程的放大器AD603，AD603是一種低噪聲且由電壓控制的增益放大器。提供精確的、可由管腳選擇的增益，且是線性變化的，在溫度和電源電壓變化時有很高的穩(wěn)定性，完全可以滿足本方案的要求。3、顯示部分方案一數(shù)碼管顯示，由于本題要求實時顯示輸出信號的類型、幅度、頻率和頻率步進值等，而數(shù)碼管不能顯示字符。方案二LED點陣顯示，LED點陣顯示雖然能顯示字符和數(shù)字，但顯示效果不好，且不易編程。方案三LCD液晶顯示，LCD液晶不但能顯示字符和數(shù)字，而且顯示效果較好，容易編程實現(xiàn)。二、系統(tǒng)設(shè)計1、總體設(shè)計思路根據(jù)題目的要求，經(jīng)過仔細分析，充分考慮各種因素，制定了整體設(shè)計方案以凌陽單片機SPCE061A為核心，完成四方面的功能采用DDS專用芯片AD9834產(chǎn)生正弦波、方波和三角波，可編程控制放大器AD603控制幅度輸出，串口液晶顯示，鍵盤并口控制輸入,其系統(tǒng)如圖1所示。圖12、各模塊具體實現(xiàn)原理分析和說明（1）波形產(chǎn)生模塊DDS基本原理正弦波形一個周期離散樣點的幅值數(shù)字量存于ROM（或RAM）中，按一定的地址間隔（相位增量）讀出，由D/A轉(zhuǎn)換成模擬正弦信號，經(jīng)過低通濾波，濾除D/A帶來的小臺階和數(shù)字電路產(chǎn)生的毛刺，即可獲得所需要的正弦信號。AD9834可以產(chǎn)生正弦波、三角波、方波，輸出幅度為05V。AD9834內(nèi)部的相位累加器的字寬為32位，SIN函數(shù)表有4096樣點值，因此32位的相位累加器輸出僅截取12位用于查表。圖2AD9834有2個頻率寄存器和4個相位寄存器,通過控制碼實現(xiàn)頻率和波形的切換。單片機通過SPI總線向片內(nèi)各個寄存器寫入控制字,控制DDS的輸出信號,其中頻率寄存器存儲相位增量信息,他用于決定輸出頻率。AD9834的外圍電路如圖2所示。（2）幅度控制模塊AD603是AD公司推出的一種低噪聲且由電壓控制的增益放大器。它提供精確的、可由管腳選擇的增益，它的增益是線性變化的,且在溫度和電源電壓變化時有很高的穩(wěn)定性,增益變化的范圍40DB,增益控制轉(zhuǎn)換比例25MV/DB,響應(yīng)速度為40DB,變化范圍所需時間小于1S。AD603內(nèi)部包含一個七級R2R梯形網(wǎng)絡(luò)組成的0DB到4214DB的可變衰減器和一個固定增益的放大器,此固定增益放大器的增益可通過外接不同反饋網(wǎng)絡(luò)的方式改變,以選擇AD603不同的增益變化范圍。AD603程控放大電路的外圍電路如圖3所示。圖33頻率選擇模塊振蕩源采用了一個1MHZ和30MHZ的有源晶振，分別用于產(chǎn)生低檔頻率（10HZ1KHZ）和高檔頻率（1KHZ1MHZ）。其電路如圖4所示。圖44旋轉(zhuǎn)編碼器模塊輸入部分采用旋轉(zhuǎn)編碼器控制輸入，其電路如5所示。圖5三、軟件設(shè)計程序全部由C語言編寫，可實現(xiàn)波形類型的選擇、頻率檔位（低檔、高檔）電壓輸入、頻率步進值和電壓步進值的設(shè)定,顯示部分可實時顯示輸出信號的類型、幅度、頻率和頻率步進值。主程序的流程如圖6所示。圖6四、測試1、測試儀器雙蹤示波器TDS3012B頻率計PD16312、測試數(shù)據(jù)1輸出波形頻率范圍測試，測試數(shù)據(jù)如表1所示輸出頻率/HZ預(yù)置頻率/HZ正弦波三角波方波負載電阻（）10100051000510005100252500525005250051005050015001500110010010002100021000210015015004150041500410030030007300073000710050050009500095000910010001000210002100021002000200052000520005100500050015001500110010000100003100003100003100500005000075000075000071001000001000101000101000101002000002000302000302000301005000005000605000605000601001000000100009010000901000090100表1由表可以看出，在頻率穩(wěn)定度方面，正弦波、三角波、方波在帶負載的情況下均十分穩(wěn)定，這正是DDS專用芯片AD9834的特點。2輸出波形幅度范圍測試預(yù)置幅度（V）輸出幅度（V）（負載50）輸出幅度（V）（負載1K）頻率與波形0100989900098990250KHZ、正弦波0201976420197667250KHZ、正弦波0504901250490002250KHZ、正弦波1009899460989932250KHZ、正弦波1514962541496425250KHZ、正弦波2524896322487032250KHZ、正弦波3534802633480142250KHZ、正弦波4039435213936721250KHZ、正弦波5049052414901482250KHZ、正弦波表2由表可見，在電壓穩(wěn)定度方面電壓的絕對值和預(yù)置值之差，及帶載和不帶載的情況下輸出電壓均符合要求。3幅度（VPP）步進值測量（測試對象1KHZ正弦波，單位V，步進值01V）預(yù)置值0010020050100150200250350450500實測0010020049100152201248346453500值表3由表可以看出，在步進值的精確度方面，符合設(shè)計要求。五、結(jié)論我們設(shè)計的系統(tǒng)以SPCE061A芯片為核心控制，通過可編程放大電路實現(xiàn)了正弦波、方波、三角波的輸出功能，其頻率步進值和幅度步進值達到了題目的設(shè)計要求。在系統(tǒng)的設(shè)計過程中，力求硬件電路簡單，充分發(fā)揮軟件編程方便靈活的特點，并最大限度挖掘單片機的資源，來滿足系統(tǒng)設(shè)計要求。因比賽時間有限，該系統(tǒng)還有許多值得改進的地方。六、參考文獻1劉建成,鄒應(yīng)全,行鴻彥基于DDS9834的函數(shù)發(fā)生器設(shè)計