無線太陽能車 基于單片機控制的數(shù)字函數(shù)信號發(fā)生器的設(shè)計與實現(xiàn)

編號淮安信息職業(yè)技術(shù)學(xué)院畢業(yè)論文基于單片機控制的數(shù)字函數(shù)信號發(fā)題目生器的設(shè)計與實現(xiàn)學(xué)生姓名李蒙娜學(xué)號15093009系部電子工程學(xué)院專業(yè)應(yīng)用電子技術(shù)班級150930指導(dǎo)教師劉步中講師顧問教師莊海軍副教授二一二年六月摘要本文利用單片機控制技術(shù)、CPLD技術(shù)與直接數(shù)字頻率合成器，研制和設(shè)計了高穩(wěn)定度、高分辨率的函數(shù)信號發(fā)生器。首先對波形發(fā)生器的常用的幾種方案介紹和比較，重點論述了基于DDS芯片AD9834的波形發(fā)生器方案，并針對設(shè)計過程中出現(xiàn)的問題提出了解決方案。提出并應(yīng)用了一種CPLD與單片機的通信方法，實現(xiàn)了寬頻率和高精度的信號產(chǎn)生。在系統(tǒng)總體方案設(shè)計中，將DDS信號發(fā)生器分成6個模塊鍵盤模塊、單片機控制模塊、CPLD模塊、DDS模塊、模擬信號調(diào)理模塊和電源模塊，按模塊進行軟硬件設(shè)計。根據(jù)本信號發(fā)生器的主要功能進行了系統(tǒng)功能測試，并根據(jù)具體測試波形和測試數(shù)據(jù)對結(jié)果進行了分析。實驗和實測結(jié)果表明所設(shè)計系統(tǒng)結(jié)構(gòu)簡單，使用方便、交互性好，性能穩(wěn)定可靠，具有較高的應(yīng)用價值。關(guān)鍵詞單片機；DDS；CPLD；信號發(fā)生器目錄摘要I目錄I第一章緒論111項目研究背景112DDS信號發(fā)生器方案比較113項目主要研究內(nèi)容2第二章信號發(fā)生器總體設(shè)計321DDS信號發(fā)生器的指標要求322系統(tǒng)框圖及模塊功能323主要器件選擇5第三章信號發(fā)生器硬件電路設(shè)計731單片機模塊設(shè)計732人機交互電路設(shè)計733DDS模塊設(shè)計834可編程邏輯器件模塊設(shè)計1035模擬調(diào)理電路設(shè)計1036電源模塊設(shè)計14第四章信號發(fā)生器軟件系統(tǒng)設(shè)計1741主監(jiān)控程序模塊設(shè)計1742DDS程序控制模塊設(shè)計1743鍵盤掃描模塊設(shè)計1844電壓采樣顯示模塊設(shè)計1845CPLD模塊設(shè)計1946測頻模塊設(shè)計21第五章信號發(fā)生器參數(shù)測試2751幅度顯示參數(shù)測試2752外測頻參數(shù)測試2853頻率顯示參數(shù)測試2854信號發(fā)生器的典型波形29第六章結(jié)論與展望31致謝33參考文獻34第一章緒論函數(shù)信號發(fā)生器廣泛應(yīng)用于電子電路、自動控制等領(lǐng)域。信號發(fā)生器和示波器、頻率計等儀器一樣，是最基本的、最普通，也是應(yīng)用最廣泛的電子儀器之一，幾乎所有需要進行電參量的測量都需要用到信號發(fā)生器作為輸入信號使用。11項目研究背景近10年間，隨著微電子技術(shù)的迅速發(fā)展，直接數(shù)字頻率合成器（DIRECTDIGITALFREQUENCYSYNTHESIS簡稱DDS或DDFS）得到了飛速的發(fā)展，它以有別于其它頻率合成方法的優(yōu)越性能和特點，成為現(xiàn)代頻率合成技術(shù)中的佼佼者35。具體體現(xiàn)在頻率范圍寬、頻率轉(zhuǎn)換時間短、頻率分辨率高、輸出相位連續(xù)、可產(chǎn)生寬帶正交信號及其他多種調(diào)制信號、可編程和全數(shù)字化、控制靈活方便等方面，并具有極高的性價比。傳統(tǒng)的模擬信號發(fā)生器存在可靠性差、體積大、不能實現(xiàn)數(shù)控等缺點。DDS信號發(fā)生器與模擬信號發(fā)生器相比，具有很大的優(yōu)勢。DDS是數(shù)字化高密度集成電路產(chǎn)品，芯片體積小、功耗低，成為現(xiàn)代信號發(fā)生器的主流產(chǎn)品，是信號發(fā)生器的換代產(chǎn)品。目前市場上很多DDS信號發(fā)生器成本較高，輸出頻率在10MHZ以上的較多，可靠性不高。而對于高校中非通訊類實驗室，信號發(fā)生器的頻率一般需要在2MHZ以下，本項目研制的信號發(fā)生器主要是針對高校非通信類實驗中使用的信號發(fā)生器。12DDS信號發(fā)生器方案比較DDS的應(yīng)用使信號發(fā)生器發(fā)生了革命性的變化，它的應(yīng)用變得越來越廣泛，具有重大的理論和實用意義。目前完成對DDS芯片的控制和設(shè)置有三種方案1MCU方案這種方案采用單片機為核心控制模塊,通過單片機的SPI總線與DDS芯片進行接口通信，單片機應(yīng)用系統(tǒng)可以擴展外部的RAM和ROM，以存放數(shù)據(jù)和程序。另外，單片機應(yīng)用系統(tǒng)還可以擴展鍵盤和LED顯示等人機接口部分，因此可以通過鍵盤直接對DDS芯片進行設(shè)置。利用單片機控制DDS芯片產(chǎn)生所需的各種波形，電路簡單，成本較低，但單片機的I/O口少，難以實現(xiàn)同時對信號發(fā)生器的鍵盤、LED燈和數(shù)碼管的控制。2CPLD方案這種方案是利用CPLD的高速度和可編程特性，通過CPLD直接對DDS芯片進行控制。該方案需要控制高速DDS芯片時具有明顯的優(yōu)勢，但靈活性卻受到限制，產(chǎn)生信號形式單一，改變信號輸出波形需要重新更改CPLD，因此只能在特定應(yīng)用中采用這種方案4。3DSP方案這種方案就是采用以DSP為核心的控制模塊，其余同MCU方案相同。由于DSP速度快，因此不會存在MCU方案中的缺點。但采用這種方案會帶來成本和設(shè)計的復(fù)雜性明顯增加。綜合上述幾種方案的優(yōu)缺點，提出了一種改進方案MCUCPLD方案，即采用單片機作控制器，通過CPLD完成對DDS模塊的控制。本文研制的信號發(fā)生器對接口芯片有特殊的要求，目前市場上已有的專用芯片很難滿足要求。采用全定制IC具有速度高、功耗低、保密性好等優(yōu)點，缺點是由于用量小，成本太高，研制風險大。采用半定制IC芯片CPLD作為單片機的接口，通過設(shè)計者對IC進行布線設(shè)計以完成最終設(shè)計。采用半定制IC優(yōu)點是功能由用戶自己設(shè)計，產(chǎn)品設(shè)計周期短，費用低，依賴工藝，適用于小批量生產(chǎn)，研制風險小。本方案中，采用半定制芯片EPM3128作為單片機與面板和DDS之間的接口芯片，根據(jù)功能需要自行定義接口芯片的功能。同時利用可編程器件對外加信號進行分頻，實現(xiàn)等精度外測頻功能。利用CPLD的可編程性，拓寬了信號發(fā)生器設(shè)計的應(yīng)用范圍，提高設(shè)計的靈活性，為信號發(fā)生器的功能擴展提供了方便。13項目主要研究內(nèi)容本文選擇利用已有的DDS芯片，以設(shè)計高性能的直接數(shù)字式頻率合成器作為研究的主要內(nèi)容，最終研發(fā)出一種以簡單、廉價器件構(gòu)筑，并能夠得到高精度、高純度的合成頻率信號的DDS數(shù)字信號發(fā)生器。整個系統(tǒng)采用CYGNAL公司的單片機C8051F206作為控制模塊，數(shù)字頻率合成芯片AD9834為核心，EPM3128作為單片機接口擴展電路，采用合適的模擬調(diào)理電路，以C51語言和VHDL語言作為開發(fā)工具，組成一個多功能信號發(fā)生器。本論文的主要任務(wù)如下1設(shè)計方案的確定根據(jù)實際需要，確定以DDS技術(shù)作為信號發(fā)生器核心的設(shè)計方案。對DDS的原理和優(yōu)缺點作了簡單的介紹和分析，選擇性價比較高的AD9834芯片，并圍繞AD9834選擇信號發(fā)生器的其它主要器件。2系統(tǒng)總體方案設(shè)計將DDS信號發(fā)生器分成6個模塊鍵盤模塊、單片機模塊、CPLD模塊、DDS模塊、模擬信號調(diào)理模塊和電源模塊，按模塊進行軟硬件設(shè)計。3系統(tǒng)的硬件設(shè)計完成系統(tǒng)的硬件總體設(shè)計，對具體實現(xiàn)電路進行詳細的分析和設(shè)計。4系統(tǒng)軟件設(shè)計系統(tǒng)軟件的具體實現(xiàn)，對系統(tǒng)軟件的主要功能按模塊進行介紹。5系統(tǒng)功能測試測試信號發(fā)生器的主要功能，給出具體測試波形和測試數(shù)據(jù)，并對結(jié)果進行分析。第二章信號發(fā)生器總體設(shè)計本章首先列出了信號發(fā)生器的技術(shù)指標，給出了系統(tǒng)實現(xiàn)框圖，簡單地介紹了各個模塊的功能，根據(jù)信號發(fā)生器技術(shù)指標的要求選擇合適的器件。21DDS信號發(fā)生器的指標要求DDS信號發(fā)生器的性能指標是經(jīng)過調(diào)研市場需求并綜合考慮了同類型產(chǎn)品的指標后，為實現(xiàn)使用方便，性能優(yōu)良的特性而提出來的，具體的性能指標要求如下正弦波信號頻率范圍1HZ2MHZ；頻率分辨率為1HZ；方波，三角波信號方波上升時間VPP100MV測量誤差小于01；輸出阻抗為50；衰減檔位0DB、20DB和40DB；輸出信號直流偏置電平調(diào)節(jié)范圍2V2V；輸出頻率顯示功能6位數(shù)碼管顯示；輸出電壓顯示功能4位數(shù)碼管顯示，顯示誤差小于5。22系統(tǒng)框圖及模塊功能整個系統(tǒng)的硬件框中，單片機采用CYGNAL公司的C8051F206，CPLD采用ALTERA公司MAX3128A，DDS芯片采用AD公司的AD9834。系統(tǒng)工作過程用戶采用55鍵盤發(fā)出各種控制命令，通過CPLD送入單片機，單片機根據(jù)鍵盤輸入的指令執(zhí)行相應(yīng)操作，再經(jīng)過CPLD進行各種控制。如果鍵盤輸入改變波形或頻率的命令，單片機根據(jù)鍵盤輸入的值將其轉(zhuǎn)化為相應(yīng)的控制字，通過CPLD來完成對DDS的控制，輸出所選擇的頻率或波形，然后經(jīng)過模擬調(diào)理電路，輸出用戶所要求的信號。衰減前級信號經(jīng)過波形變換電路將交流信號變成脈沖波送入單片機內(nèi)部AD電路進行采樣，采樣值通過CPLD接口送入顯示電路進行電壓幅度顯示。當用戶通過鍵盤選擇外測頻率時，單片機根據(jù)外測信號頻率選擇合適的分頻比，將分頻比送至CPLD，CPLD根據(jù)分頻比將外部信號進行分頻，分頻后的外部信號對標準信號進行計數(shù)，通過一定的算法計算后得到相應(yīng)的頻率，最后送至頻率顯示電路，完成測頻功能。下面對系統(tǒng)的各部分電路作簡要的介紹。1鍵盤模塊通過55鍵盤輸入頻率和波形，經(jīng)由CPLD送入單片機，單片機將鍵盤數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為相應(yīng)的頻率控制字，再通過CPLD接口電路控制DDS芯片的控制字，產(chǎn)生相應(yīng)的頻率和波形，即實現(xiàn)數(shù)字控制功能。同時按鍵還可以實現(xiàn)其它各種命令的輸入，由單片機經(jīng)CPLD來執(zhí)行。面板按鍵包括09十個數(shù)字，小數(shù)點，ENTER按鍵，DELETE按鍵，UP按鍵，DOWN按鍵，波形選擇三個按鍵，外測頻鍵，頻率顯示切換鍵，HZ/KHZ轉(zhuǎn)換按鍵，20DB/40DB的幅度衰減按鍵，輸出信號控制鍵等。2顯示模塊顯示部分包括頻率顯示和電壓顯示。頻率和電壓顯示采用7段數(shù)碼管，頻率由六位LED共陽數(shù)碼管顯示，電壓由四位LED共陽數(shù)碼管顯示。波形顯示采用發(fā)光二極管指示，有正弦波、三角波和方波顯示，頻率有HZ/KHZ顯示，幅度有MV/V顯示。3單片機模塊單片機是整個系統(tǒng)的控制核心，它控制、協(xié)調(diào)其它各個模塊工作。單片機采用CYGNAL公司的C8051F206。單片機主要完成以下工作（1）顯示控制（2）面板控制（3）DDS控制（4）輸出電壓的數(shù)據(jù)采集，電壓顯示（5）與CPLD進行通信（6）外測頻分頻比控制和計數(shù)（7）波形選擇控制（8）輸出控制單片機C8051F206支持JTAG接口在線調(diào)試，調(diào)試程序方便、快捷。4CPLD模塊CPLD采用ALTERA公司高性價的EPM3128。CPLD所要完成的功能作為單片機的接口擴展電路，單片機發(fā)出的所有命令都是通過CPLD來送出，CPLD用于驅(qū)動頻率和電壓幅度顯示數(shù)碼管。主要功能有（1）外測頻時，對被測信號進行分頻；（2）接收鍵盤模塊送來的數(shù)據(jù)；（3）作為單片機I/O接口擴展電路，接收單片機發(fā)送來的數(shù)據(jù)，并控制各模塊電路。5DDS模塊DDS模塊是整個系統(tǒng)設(shè)計的核心，包括接口電路和DDS芯片外圍電路。DDS接收單片機的控制命令，產(chǎn)生所需信號，DDS芯片采用AD公司的AD9834。AD9834數(shù)字頻率合成器是一款高度集成的DDS芯片，它采用先進的DDS技術(shù)，結(jié)合內(nèi)部集成的高速高性能的DAC，可以實現(xiàn)靈活的頻率合成功能。6模擬調(diào)理電路模塊模擬調(diào)理電路模塊包括三角波、正弦波以及方波的調(diào)理電路、波形切換、電壓幅度調(diào)節(jié)、功率放大和保護電路。DDS芯片輸出的信號有一定直流電平，經(jīng)過調(diào)理電路使得最終輸出的波形能滿足用戶的要求。信號發(fā)生器要求輸出四種波形，通過繼電器構(gòu)成的波形切換電路，由用戶選擇實際需要的波形；幅度調(diào)節(jié)實現(xiàn)輸出波形的電壓連續(xù)調(diào)節(jié)以及電壓比例衰減；功率放大可實現(xiàn)50歐姆的阻抗匹配；保護電路可防止由于用戶誤操作而引起的直流電流倒灌損壞信號發(fā)生器。7電源模塊電源模塊提供5V、15V、5V、33V電源，其中5V、15V為兩路對稱的直流電源，15V為運算放大器和功放提供電源；5V為比較器和TTL電路提供電源；單獨的一路5V為數(shù)字電路提供電源，33V為單片機、CPLD提供電源。23主要器件選擇1DDS芯片選擇本文研制的信號發(fā)生器為1HZ2MHZ，屬于DDS的低頻段應(yīng)用，通過分析比較DDS芯片資料，綜合考慮后，選擇性價比較高的AD9834芯片。該芯片有內(nèi)置比較器，可以輸出所需要的三種波形。AD9834芯片輸出的最高頻率可以達到20MHZ，在1KHZ處的信噪比可以達到60DB。2單片機選擇本系統(tǒng)中的MCU選擇CYGNAL公司的C8051F206，該芯片是高度集成的混合信號系統(tǒng)級MCU芯片，片內(nèi)集成了一個12位多通道ADC，有著與8051兼容的微控制器內(nèi)核和8K字節(jié)的FLASH存儲器，還有硬件實現(xiàn)的UART和SPI串行接口。3可編程邏輯器件在本設(shè)計中采用EPM3128，內(nèi)核和接口電源均為33V，這樣CPLD可同時接受來自5V和33V的輸入。33V的輸出電平又可以直接驅(qū)動5V的TTL電路。CPLD可以實現(xiàn)與單片機的時序同步，靈活的控制手段、方便的功能擴展以及芯片可重新配置功能等。開發(fā)平臺是應(yīng)用廣泛的MAXPLUS工具，使用VHDL語言和原理圖輸入相結(jié)合的編程方法，具有語言輸入的靈活性和原理圖輸入的結(jié)構(gòu)清晰、方便性。4集成運算放大器模擬信號調(diào)理電路中除了考慮正弦信號的處理，還要注意方波信號的處理，選擇增益帶寬積高的高速運算放大器，對比了多種運放，考慮到性價比，選擇AD8021運放作為系統(tǒng)的主放大器芯片。5電壓比較器信號發(fā)生器的方波由正弦波經(jīng)高速電壓比較器產(chǎn)生，系統(tǒng)要求信號發(fā)生器的輸出信號為2MHZ。當系統(tǒng)處于外測頻時，外部信號還要通過電壓比較器進行整形。比較了許多電壓比較器，最后選擇性價比較高的TL3016芯片。674HC00集成電路本文設(shè)計的信號發(fā)生器具有05V的TTL信號輸出功能，一般TTL對輸出的帶負載能力要求不是很高，采用42的74HC00與非門將方波整形作為TTL信號輸出。為了提高帶負載能力，將74HC00內(nèi)部的四個與非門并聯(lián)使用。第三章信號發(fā)生器硬件電路設(shè)計根據(jù)選用芯片的數(shù)據(jù)手冊設(shè)計具體的硬件電路，信號發(fā)生器主要包括單片機模塊設(shè)計、DDS模塊設(shè)計、可編程邏輯器件模塊設(shè)計、模擬信號調(diào)理電路和電源模塊的電路設(shè)計以及印刷電路板的設(shè)計。31單片機模塊設(shè)計單片機是信號發(fā)生器的控制中心，其完成功能主要包括面板控制、DDS控制、輸出電壓的A/D轉(zhuǎn)換等。采用C8051F206單片機完全可以達到系統(tǒng)設(shè)計的要求，尤其是內(nèi)部有12位的ADC，可以把輸出信號處理后，從衰減的前級采集數(shù)據(jù)，在面板上顯示輸出電壓的峰峰值。為了讓單片機正常工作，必須對單片機初始化、進行端口設(shè)置，比如數(shù)字端口模擬端口設(shè)置輸入輸出端口設(shè)置。本系統(tǒng)中單片機部分設(shè)計如圖31所示。圖31單片機系統(tǒng)32人機交互電路設(shè)計一個系統(tǒng)的好壞對于用戶而言很大程度上決定于界面是否友好。本系統(tǒng)在面板設(shè)計上充分考慮用戶操作的方便，設(shè)計了25個按鍵，為了節(jié)省I/O口，鍵盤輸入采取列輸入行掃描的形式，其硬件連接如圖32所示。按鍵程序設(shè)計一般包括兩個方面按鍵的捕捉與識別和按鍵的功能實現(xiàn)。兩者相輔相成，前者是基礎(chǔ)，后者是關(guān)鍵。在正確識別按鍵的基礎(chǔ)之上，如何正確進行處理以實現(xiàn)按鍵的功能是每個智能系統(tǒng)的關(guān)鍵所在。為了節(jié)省CPLD的引腳，本系統(tǒng)采用55矩陣鍵盤輸入，共25個按鍵，程序共設(shè)置26個返回值即126。每個返回值都對應(yīng)了一個功能，分別對應(yīng)09共10個數(shù)字鍵、小數(shù)點、UP鍵、DOWN鍵、HZ/KHZ選擇鍵、直流偏置鍵、ENTER鍵、DELETE鍵、波形選擇鍵、測頻鍵、輸出使能鍵、20DB、40DB等按鍵。面板設(shè)計實物圖如圖33所示。圖32鍵盤硬件連接圖圖33面板設(shè)計實物圖33DDS模塊設(shè)計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的外圍電路如圖34所示。50MHZ的時鐘信號由8腳輸入，作為DDS時鐘頻率，33V數(shù)字電源從5腳輸入，5V的模擬電源從4腳輸入，20腳和19腳接RC低通濾波器，濾除高頻干擾信號，IOUT和IOUTB輸出兩路幅度相等相位相反的電流，經(jīng)過R109和R111后得到兩路大小相等相位相反的正弦或三角波信號電壓，由軟件控制該端口的波形，16腳為方波輸出端口。圖34DDS外圍電路AD9834產(chǎn)生正弦波三角波，輸出量為電流，在R109和R111上產(chǎn)生相位相反、幅度為05V的信號，該信號中含有025V的直流信號,波形如圖35和圖36所示。該信號要經(jīng)過相應(yīng)的處理才能作為交流信號使用。圖35輸出正弦波波形圖圖36輸出三角波波形從波形圖上可以看出，R109和R111上波形大小相等，相位相差180O，將兩個信號進行減法運算，即可去掉信號中的直流成份，得到不含直流電壓的交流信號。經(jīng)過實驗表明，16腳的SIGNBIT輸出方波信號在高頻時比較理想，當信號低于1KHZ時，變得不穩(wěn)定，所以在本系統(tǒng)中方波不是由DDS輸出，而采用由正弦波或三角波經(jīng)過高速電壓比較器來產(chǎn)生。34可編程邏輯器件模塊設(shè)計由于系統(tǒng)需要進行大量的顯示和控制，單片機的I/O口遠遠不夠，采用專用的8255芯片來擴展也不能滿足要求。故本系統(tǒng)采用可編程邏輯器件作為單片機的擴展口，大大提高了信號發(fā)生器的可擴展性?？删幊唐骷捎肁LTERA公司EPM3128A，TQFP144封裝。CPLD完成的主要功能接收單片機發(fā)送來的數(shù)據(jù)，控制各種模塊電路，對外測信號進行分頻。CPLD設(shè)計原理圖如圖38所示。圖37（A）為CPLD的引腳分配圖，包含CPLD和單片機接口，面板接口，DDS接口。圖37（B）為CPLD的電源端和地線接線圖，其中128腳為外測頻信號輸入端，125腳為CPLD時鐘引腳，由于本系統(tǒng)不需要外接時鐘，所以該端口作為以后擴展使用。圖37（C）為CPLD的JTAG下載接口圖16，通過ALTERA專用下載電纜可以直接對EPM3128A進行編程，實現(xiàn)CPLD所需要的功能。35模擬調(diào)理電路設(shè)計1方波和TTL電平產(chǎn)生電路圖39（A）為方波和TTL電平產(chǎn)生原理圖，實驗表明當電壓比較器電路采用簡單的過零比較器時，低頻段（地址為13時,送分頻比低八位數(shù)據(jù)COUNT7DOWNTO0地址為14時,送分頻比9到16位數(shù)據(jù)COUNT15DOWNTO8COUNT17DOWNTO16NULLENDCASEENDIFENDPROCESSENDBEHAVF_FERQ模塊的VHDL語言程序如下所示LIBRARYIEEEUSEIEEESTD_LOGIC_1164ALLUSEIEEESTD_LOGIC_ARITHALLUSEIEEESTD_LOGIC_UNSIGNEDALLENTITYF_FREQISPORTCOUNTININTEGERRANGE0TO262140送來的分頻比F_ININSTD_LOGIC外測的頻率F_OUTOUTSTD_LOGIC外測信號經(jīng)一定分頻比送出的頻率ENDF_FREQARCHITECTUREBEHAVOFF_FREQISSIGNALFSTD_LOGICSIGNALCOUNT1INTEGERRANGE0TO65535BEGINPROCESSF_INBEGINIFF_IN1ANDF_INEVENTTHENIFCOUNT1COUNTTHENCOUNT1COUNT11ELSECOUNT10FNOTFENDIFENDIFF_OUTFENDPROCESSENDBEHAV單片機的外測頻程序包含以下幾個函數(shù)模塊VOIDSYSCLK_INITVOID/時鐘初始化子程序VOIDCOUNTFREQUENCEVOID/外測頻率子程序VOIDINTERFACE_CPLDUNSIGNEDCHARADDRESS,UNSIGNEDCHARDAT/單片機與CPLD通信VOIDDELAYUNSIGNEDINTTIME/延時子程序VOIDJUDGEVOID/計數(shù)判斷子程序VOIDTIMEVOID/高電平計數(shù)子程序VOIDTIME2VOID/低電平計數(shù)子程序采用等精度測頻在波形的高電平和低電平分別計數(shù)，這樣不僅能對占空比為11的波形進行精確測量，還能對其他占空比的波形進行精確測量。第五章信號發(fā)生器參數(shù)測試選用以下幾種儀器對信號發(fā)生器進行有關(guān)參數(shù)測試示波器AGILENT54642D500MHZ；信號發(fā)生器AGILENT33250A80MHZ；數(shù)字電壓表METRAHIT|28S五位半；頻譜儀ATTENAT50101000MHZ；晶體管毫伏表EM2172。51幅度顯示參數(shù)測試信號發(fā)生器的幅度特性是一個重要的性能指標。信號發(fā)生器在不同衰減、不同波形、不同頻率下顯示的幅度是不相同的。采用毫伏表或示波器測量信號發(fā)生器的輸出電壓，并和顯示電壓進行比較，測試數(shù)據(jù)為VPP。表51測試和顯示結(jié)果表輸入頻率（KHZ）0010111010010002000顯示19202206206206202196正弦測量20220420620620220419顯示2042022022019819419方波測量2122042042019819219顯示1882042022022042021940DB（V）三角測量202206206204202204192顯示19202206206206202198正弦測量202204204204206204188顯示204202202219819419方波測量212206204219419188顯示18820420220220420219420DB（V）三角測量2022062062042022192顯示190202206206206202196正弦測量202206206208198196190顯示190202206206206202198方波測量212208204200194190188顯示18820420220220420219440DB（MV）三角測量204206206206202198190測試條件幅度旋鈕旋至最大，負載為50，溫度為常溫。電壓幅度測量值與顯示結(jié)果如表51所示。測量結(jié)果表明，正弦波的平坦度比較好，方波的平坦度由于通道帶寬的原因，在高頻時衰減比較大。不同衰減引起的誤差可以通過調(diào)節(jié)電阻的阻值精度減小誤差。對于不同波形引起的誤差通過在AD轉(zhuǎn)換的程序中采用誤差系數(shù)進行校正，以提高測量精度。對于不同頻率、不同波形引起的幅度差別，主要是由于以下幾種原因引起1方波和正弦波存在不同的通道，引起了它們幅度上不能完全相等；2方波存在過沖，在不同頻率時，過沖的幅度也不同，低頻的時候過沖的幅度大，因此峰值檢波后電壓的幅度相差較大，引起方波在不同頻率時幅度不等；3由于通道平坦度的問題，引起信號在高頻和低頻存在不同的衰減；4峰值檢波電路對于不同頻率、不同波形存在不同的充電時間，因此產(chǎn)生的影響比較大，在AD轉(zhuǎn)換程序中采用不同的誤差系數(shù)校正來減小由此引起的顯示誤差；5單片機內(nèi)部AD轉(zhuǎn)換本身存在一定的誤差。52外測頻參數(shù)測試信號發(fā)生器的外測頻率范圍為5HZ10MHZ，輸入信號幅度要求50MV100V，采用AGILENT33250A信號發(fā)生器的輸出作為被測輸入信號。外測頻的頻率測量顯示結(jié)果如表52所示。表52外測頻測量結(jié)果表輸入頻率KHZ0010100100010000100000100000010000000測量頻率KHZ001010010011000299984998135997263測量結(jié)果表明，外測頻功能已經(jīng)達到指標要求，但仍存在一定的誤差，通過分析誤差來源有以下幾種可能1單片機延時不準確，導(dǎo)致基準信號有誤差，會造成計數(shù)結(jié)果的誤差；2單片機中計算外測頻率時用的是定點計算，而非浮點計算，數(shù)據(jù)會有截斷誤差；3外測頻率采用6位LED顯示，最高顯示精度為十萬分之一，其舍去位數(shù)會有有效數(shù)字，所以造成低于測量精度的顯示誤差；4輸入信號的頻率存在誤差。53頻率顯示參數(shù)測試由鍵盤輸入頻率，信號發(fā)生器的由6個數(shù)碼管進行顯示，用示波器來測量信號發(fā)生器的實際輸出頻率大小，測量精度為1HZ。測量的條件是信號發(fā)生器的輸出電壓為1V，負載為50，溫度為常溫狀態(tài)下。測量的結(jié)果如表53所示。表53頻率測量的結(jié)果鍵盤輸入頻率（KHZ）000100111010010002000顯示頻率（KHZ）000100111010010002000測量值（KHZ）00010010100110001997519999811999678測量結(jié)果表明，鍵盤輸入頻率和顯示頻率不存在誤差問題，但是和實際測量值存在一定的誤差，主要原因有以下幾點1DDS信號產(chǎn)生的時候，相位累加器本身存在一定的誤差；2單片機在進行數(shù)據(jù)處理時存在精度的問題，進行浮點運算時舍去了一些有效數(shù)字；3用示波器測量信號頻率，測量儀器本身存在一定的誤差。54信號發(fā)生器的典型波形（A）正弦波（B）方波（C）三角波圖51幅度為1V、頻率為2MHZ時三種典型信號的波形（A）正弦波（B）方波（C）三角波圖52峰峰值為28MV、頻率為1KHZ時三種典型信號的波形圖51為信號發(fā)生器在頻率為2MHZ、幅度為1V時的三種典型的波形。圖52為信號發(fā)生器在頻率為1KHZ、衰減為40DB、輸出信號峰峰值為28MV時的三種典型的信號波形，信號中的直流漂移小于02MV。大信號時采用AGILENT54642D對波形進行測試，小信號時采用CA8020進行測試。從波形上可以看出，正弦波、方波和三角波的波形比較理想，尤其在小信號時波形比較干凈，干擾很小。第六章結(jié)論與展望實踐表明，利用AD9834設(shè)計的數(shù)控信號發(fā)生器具有速度快、頻率分辨率高、體積小、系統(tǒng)工作穩(wěn)定、使用方便等優(yōu)點。因此它有很強的實用價值。AD9834工作可靠，對參考時鐘波形要求不高，輸出信號穩(wěn)定且信噪比高，是一種性價比很高的DDS芯片。由于AD9834外圍設(shè)計簡單，控制方便，并且輸出信號純凈，幾乎不含噪聲，適合精確頻率合成方面的應(yīng)用9。本文所設(shè)計的數(shù)字信號發(fā)生器仍存在很多有待改進的地方，有如下幾個方面1輸出信號頻率需要進一步提高。此信號發(fā)生器所能輸出的最高頻率為2MHZ,這在通信方面是遠遠不能滿足用戶要求的，在以后的設(shè)計過程中，可以考慮把信號發(fā)生器的輸出信號頻率提高到10MHZ，甚至20MHZ；2外測頻的測率范圍和精度，有待進一步提高；3軟件部分還需要近一步完善，實現(xiàn)更多的功能。此信號發(fā)生器使用鍵盤來控制的，在以后的設(shè)計過程中可以考慮用PC機來控制信號發(fā)生器波形的產(chǎn)生，同時提供圖形化的波形編輯界面，使用者只需要在PC機生成所需波形，通過串口控制信號發(fā)生器產(chǎn)生波形，實現(xiàn)智能化的信號發(fā)生器；4波形的限制，此信號發(fā)生器只能產(chǎn)生正弦波、方波以及三角波，在使用上有一定的限制。在以后的設(shè)計過程中，可以考慮更多種波形輸出，例如鋸齒波、階梯波和FSK/ASK等信號；今后可在現(xiàn)有的信號發(fā)生器基礎(chǔ)上提高其輸出頻率，增加輸出波形的種類，提高其輸出幅度的顯示精度。在系統(tǒng)上需考慮作以下處理采用數(shù)字信號處理芯片TMS320LF3207代替現(xiàn)有的單片機C8051F206,提高其控制部分的功能；DSP芯片的接口采用EPM3256取代EPM3128，提高接口的功能擴展；幅度輸出采用數(shù)控方式，提高輸出的精度；增加大功率輸出控制。模擬通道部分需作適當?shù)男薷模M一步提高信號通道的帶寬。系統(tǒng)增加功能后可能會對現(xiàn)有系統(tǒng)帶來干擾和影響，如何解決現(xiàn)有系統(tǒng)和增加模塊之間的結(jié)合問題是今后再進行信號發(fā)生器電路設(shè)計時所需要重點考慮的問題。本文設(shè)計的函數(shù)發(fā)生器相對于一般信號發(fā)生器具有如下特點1信號干擾小，尤其在小信號1MV時干擾很??；2保護電路完善，當輸出端有直流電壓倒灌時，能夠自動切斷輸出，有效地保護電路；3波形質(zhì)量高，正弦波、方波和三角波失真小，方波上升時間?。?小信號1MV時直流漂移小于02MV；5面板操作的人性化設(shè)計，方便用戶使用；6加入直流偏置，波形不會出現(xiàn)失真；7模擬信號調(diào)理部分采用集成電路實現(xiàn)，系統(tǒng)穩(wěn)定可靠，分布參數(shù)變化??；8單片機接口采用CPLD芯片，它們之間通信采用尋址方式處理，功能擴展方便。致謝在論文完成之際，我首先向關(guān)心幫助和指導(dǎo)我的劉步中、莊海軍兩位指導(dǎo)老師表示衷心的感謝并致以崇高的敬意在論文工作中，我遇到了很多問題，論文的格式，專業(yè)的知識部分，一直得到