畢業(yè)設(shè)計(jì)多功能函數(shù)信號發(fā)生模塊的硬件設(shè)計(jì)

1、 本科畢業(yè)設(shè)計(jì)本科畢業(yè)設(shè)計(jì)( (論文論文) )題目題目：多功能函數(shù)信號發(fā)生模塊的硬件設(shè)計(jì)多功能函數(shù)信號發(fā)生模塊的硬件設(shè)計(jì)系系 （部）：（部）： 電子信息工程 專專 業(yè)：業(yè)： 通信工程 班班 級：級： b070310 學(xué)學(xué) 生：生： 學(xué)學(xué) 號：號： b07031021 指導(dǎo)教師：指導(dǎo)教師： 2011 年 06 月畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)書院（系） 電子信息系 專業(yè) 通信工程 班級 b070310 姓名 趙超 學(xué)號 b07030121 1.畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)題目： 多功能函數(shù)信號發(fā)生模塊的硬件設(shè)計(jì) 2.題目背景和意義：函數(shù)信號發(fā)生器是電子測量、電子產(chǎn)品及設(shè)備開發(fā)調(diào)試及電子工程相關(guān)課程實(shí)驗(yàn)必備的儀器設(shè)備之

2、一，除供通信、儀表和信號采集處理、自動(dòng)控制系統(tǒng)測試用外，還廣泛用于其他非電測量領(lǐng)域。隨著電子儀器設(shè)備的數(shù)字化、智能化，arm 處理器越來越多的應(yīng)用到實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備中，不僅提高了設(shè)備的效率，而且增強(qiáng)了設(shè)備的功能，減小了設(shè)備體積。本課題將結(jié)合函數(shù)信號發(fā)生芯片和 arm 處理器設(shè)計(jì)一個(gè)多功能的函數(shù)信號發(fā)生模塊，該函數(shù)信號發(fā)生模塊可產(chǎn)生多種波形、頻率范圍寬，且使用方便、可通過計(jì)算機(jī)進(jìn)行操作、便于攜帶，可應(yīng)用于各種需要信號源的場合。 3.設(shè)計(jì)(論文)的主要內(nèi)容(理工科含技術(shù)指標(biāo))：本課題主要完成整個(gè)函數(shù)信號發(fā)生模塊的硬件設(shè)計(jì)與開發(fā)，其研究與實(shí)現(xiàn)需綜合利用 arm 技術(shù)、函數(shù)信號發(fā)生芯片、電平轉(zhuǎn)換芯片、高速

3、運(yùn)放及 eda 工具進(jìn)行，具體設(shè)計(jì)內(nèi)容如下： （1）熟悉使用 easyarm2103 開發(fā)板及 max038 芯片使用； （2）完成設(shè)計(jì)方案分析及確定； （3）完成硬件原理的設(shè)計(jì)與原理圖的繪制； （4）完成 pcb 的設(shè)計(jì)及焊接、調(diào)試 （5）合作完成軟硬件聯(lián)調(diào)。 主要技術(shù)指標(biāo)： （1）可產(chǎn)生多種波形，包括正弦波、方波、三角波； （2）產(chǎn)生的信號的頻率為 2-20mhz； （3）信號幅度、信號占空比、頻率可連續(xù)調(diào)節(jié)； （4）信號發(fā)生模塊要求體積小、便于攜帶且使用方便。 4.設(shè)計(jì)的基本要求及進(jìn)度安排(含起始時(shí)間、設(shè)計(jì)地點(diǎn))：本設(shè)計(jì)要求完成整個(gè)函數(shù)信號發(fā)生模塊的硬件設(shè)計(jì)及調(diào)試，并進(jìn)行軟硬件聯(lián)調(diào)。設(shè)計(jì)

4、工作要求嚴(yán)格按照學(xué)校的計(jì)劃安排和各項(xiàng)規(guī)范進(jìn)行，保質(zhì)保量完成任務(wù)書中各項(xiàng)工作，技術(shù)指標(biāo)滿足要求并認(rèn)真撰寫學(xué)位論文。 畢業(yè)設(shè)計(jì)工作的進(jìn)度安排如下： 第 1 周第 2 周：查找資料，做前期的準(zhǔn)備工作，學(xué)習(xí)相關(guān)的軟件開發(fā)環(huán)境的使用； 第 3 周第 4 周：方案設(shè)計(jì)分析確定，撰寫開題報(bào)告，準(zhǔn)備開題答辯； 第 5 周第 7 周：熟悉開發(fā)環(huán)境，進(jìn)行原理圖的繪制； 第 8 周第 10 周：運(yùn)用 protel99se 軟件進(jìn)行 pcb 板的設(shè)計(jì)制作； 第 11 周第 12 周：將軟件和硬件聯(lián)起來進(jìn)行調(diào)試； 第 13 周第 15 周：撰寫畢業(yè)論文，進(jìn)行畢業(yè)答辯。 5.畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)的工作量要求 撰寫 15000

5、 字論文 實(shí)驗(yàn)(時(shí)數(shù))*或?qū)嵙?xí)(天數(shù))： 300 學(xué)時(shí) 圖紙(幅面和張數(shù))*： a4 兩張 其他要求： 完成與課題相關(guān)的 3000 左右的文獻(xiàn)資料翻譯 指導(dǎo)教師簽名： 年 月 日 學(xué)生簽名： 年 月 日 系主任審批： 年 月 日說明：1 本表一式二份，一份由學(xué)生裝訂入冊，一份教師自留。2 帶*項(xiàng)可根據(jù)學(xué)科特點(diǎn)選填。i多功能函數(shù)信號發(fā)生模塊的硬件設(shè)計(jì)多功能函數(shù)信號發(fā)生模塊的硬件設(shè)計(jì)摘摘 要要函數(shù)信號發(fā)生器是電子測量，電子產(chǎn)品及設(shè)備開發(fā)調(diào)試及電子工程相關(guān)課程實(shí)驗(yàn)必備的儀器設(shè)備之一，除供通信，儀表和信號采集處理，自動(dòng)控制系統(tǒng)測試使用以外，還廣泛用于其他非電測量領(lǐng)域。課題針對信號發(fā)生器在電子設(shè)計(jì)領(lǐng)域的

6、廣泛應(yīng)用而提出，結(jié)合集成函數(shù)信號產(chǎn)生模塊、arm 技術(shù)及 eda 技術(shù)，完成一套多功能、便攜且操作簡單方便的函數(shù)信號發(fā)生模塊的硬件設(shè)計(jì)。模塊中函數(shù)信號產(chǎn)生芯片采用 max038 芯片；信號產(chǎn)生芯片的工作由 arm 處理器 lpc2103 控制；信號的放大基于高速運(yùn)放 ad811；電平轉(zhuǎn)換基于 max232 芯片進(jìn)行；頻率的微調(diào)基于 dac0832 及 lm324 進(jìn)行。論文首先介紹了基于 arm 的函數(shù)信號發(fā)生模塊的設(shè)計(jì)方案；其次對課題實(shí)現(xiàn)的相關(guān)技術(shù)及芯片進(jìn)行了介紹，包括 arm 技術(shù)、lpc2103、max038、ad811、dac0832、lm324、b0505、cd4051 及 max2

7、32 等芯片；在此基礎(chǔ)上，進(jìn)行了模塊硬件原理圖的設(shè)計(jì)；最后進(jìn)行了 pcb 的設(shè)計(jì)制作。所設(shè)計(jì)的信號發(fā)生模塊以 lpc2103 開發(fā)板為基礎(chǔ)結(jié)合軟件進(jìn)行了調(diào)試，運(yùn)行正常，功能符合設(shè)計(jì)要求。關(guān)鍵詞：關(guān)鍵詞：信號發(fā)生模塊；arm；lpc2103； max038iithe hardware design of multi function signal generating moduleabstractfunction signal generator is one of the foundmental devices in electronic measurement, electronic pro

8、duct design and debugging, and experiment of electronic-related courses. the paper for the signal generator in the extensive application of electronic design field, will combine the function signal generator module, arm and eda technology, and then complete a multi-functional, portable and easy oper

9、ation function signal generator module design. function signal generator based on max038 chip; signal generated by the arm processor chip lpc2103 control; signal amplification based on high-speed op ad811; level converter based on max232 chip; frequency tuning were based on the dac0832 and the lm324

10、.the paper first introduced the design schema; then introduced the related technology and chips to achieve the subject, including the arm technology, lpc2103, max038, ad811，dac0832, lm324 , b0505, cd4501 and max232, etc.based on this,the hardware of the function signal generator is designed.combinig

11、 with software design,the designed signal generator module is debugged and tested by the use of lpc2103 development board.the debug result shows that the module works well,satisfying the design requirements.key words: signal generator module; arm; lpc2103; max038iii目目 錄錄摘摘 要要.iabstract.ii目目 錄錄.iii1

12、緒論緒論.11.1 前言.11.2 課題研究的意義.11.3 相關(guān)技術(shù)現(xiàn)狀.21.3.1 波形產(chǎn)生技術(shù).21.3.2arm 技術(shù)現(xiàn)狀.21.3.3eda 技術(shù)的現(xiàn)狀.41.4 課題的主要研究內(nèi)容.51.5 課題研究的重點(diǎn)、難點(diǎn).51.5.1 課題研究的重點(diǎn).51.5.2 課題研究的難點(diǎn).61.6 論文的結(jié)構(gòu)安排.62 系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案.72.1 系統(tǒng)功能概述.72.2 課題設(shè)計(jì)及方案論證.72.2.1 制作函數(shù)發(fā)生器的方案一.72.2.2 制作函數(shù)發(fā)生器的方案二.72.2.3 制作函數(shù)發(fā)生器的方案三.72.2.4 制作函數(shù)發(fā)生器的方案四.72.3 系統(tǒng)整體方案選擇.82.4 相關(guān)技術(shù)選

13、擇.82.4.1 處理器的選擇.82.4.2 信號產(chǎn)生芯片的選擇.92.4.3 電壓轉(zhuǎn)化芯片的選擇.92.4.4 電平轉(zhuǎn)換芯片的選擇.92.4.5 功率（信號）放大芯片的選擇.103 相關(guān)技術(shù)介紹相關(guān)技術(shù)介紹.11iv3.1lpc2103 處理器.113.2 信號發(fā)生模塊 max038 芯片.123.3 電平轉(zhuǎn)換模塊 max232 芯片.133.4dac0832 芯片的介紹.143.5cd4501 芯片的介紹.153.6b0505 芯片.153.7lm324 芯片.163.8tlc5618 芯片.173.9ad811 芯片 .174 系統(tǒng)硬件原理設(shè)計(jì)系統(tǒng)硬件原理設(shè)計(jì).184.1 電源模塊電路設(shè)

14、計(jì).184.1.1 5v1.8v 電源轉(zhuǎn)換電路設(shè)計(jì).184.1.2 5v3.3v 電源轉(zhuǎn)換電路設(shè)計(jì).184.1.3 5v -5v 電源轉(zhuǎn)換電路設(shè)計(jì).184.2 硬件功能及模塊化分.194.3lpc2103 處理器電路設(shè)計(jì).194.3.1 處理器電路排列.194.3.2 去耦電路的設(shè)計(jì).204.3.3 晶振電路的設(shè)計(jì).214.3.4 復(fù)位電路的設(shè)計(jì).224.3.5jtag 接口電路的設(shè)計(jì).234.4 基于 max038 的信號產(chǎn)生電路設(shè)計(jì).254.4.1 波形選擇電路設(shè)計(jì).254.4.2 頻段選擇電路設(shè)計(jì).264.4.3d/a 轉(zhuǎn)換電路設(shè)計(jì).284.4.4 占空比微調(diào)電路設(shè)計(jì).284.4.5 頻

15、率微調(diào)電路設(shè)計(jì).294.5 電平轉(zhuǎn)換模塊電路設(shè)計(jì).314.6 信號放大電路設(shè)計(jì).325 系統(tǒng)調(diào)試系統(tǒng)調(diào)試.335.1 系統(tǒng)硬件調(diào)試.335.2 軟硬件聯(lián)調(diào).355.3 遇到問題改進(jìn).356 結(jié)論結(jié)論.36v6.1 設(shè)計(jì)總結(jié).366.2 設(shè)計(jì)收獲和體會.366.3 設(shè)計(jì)不足和改進(jìn).37參考文獻(xiàn)參考文獻(xiàn).38致致 謝謝.40畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）知識產(chǎn)權(quán)聲明畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）知識產(chǎn)權(quán)聲明.41畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）獨(dú)創(chuàng)性聲明畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）獨(dú)創(chuàng)性聲明.42附錄附錄 a 系統(tǒng)整體原理圖系統(tǒng)整體原理圖.431 緒論11 緒論緒論1.1 前言前言函數(shù)信號發(fā)生器是電子測量，電子產(chǎn)品及設(shè)備開發(fā)調(diào)試及電子工程相關(guān)課程實(shí)驗(yàn)必

16、備的儀器設(shè)備之一，除供通信，儀表和信號采集處理，自動(dòng)控制系統(tǒng)測試用外，還廣泛用于其他非電測量領(lǐng)域。本課題的名稱是“多功能函數(shù)信號發(fā)生模塊的硬件設(shè)計(jì)” ，針對信號發(fā)生器在電子設(shè)計(jì)領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用而提出，將結(jié)合函數(shù)信號產(chǎn)生模塊、arm 技術(shù)及面向?qū)ο缶幊碳夹g(shù)，完成一套多功能、便攜且操作簡單方便的函數(shù)信號產(chǎn)生模塊的設(shè)計(jì)。課題主要完成整個(gè)模塊的硬件原理設(shè)計(jì)及核心功能實(shí)物的焊接、制作及調(diào)試。1.2 課題研究的意義課題研究的意義課題將結(jié)合函數(shù)信號發(fā)生芯片和 arm 處理器設(shè)計(jì)一個(gè)可以產(chǎn)生多種波形，頻率范圍寬，使用方便，便于攜帶的函數(shù)信號發(fā)生模塊，可用于各種需要信號源的場合。隨著電子儀器設(shè)備的數(shù)字化、智能化、

17、arm 處理器越來越多的應(yīng)用到實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備中，不僅提高了設(shè)備的效率，而且增強(qiáng)了設(shè)備的功能，減小了設(shè)備體積。本課題研究的信號發(fā)生模塊，在生產(chǎn)實(shí)踐和科技領(lǐng)域中有著廣泛的應(yīng)用。能夠產(chǎn)生多種波形，如三角波，鋸齒波，矩形波（含方波） ，正弦波的信號發(fā)生模塊被稱為函數(shù)信號發(fā)生模塊。函數(shù)信號發(fā)生器是電子測量，電子產(chǎn)品及設(shè)備開發(fā)調(diào)試及電子工程相關(guān)課程實(shí)驗(yàn)必備的儀器設(shè)備之一，其主要應(yīng)用場合有：（1） 供通信，儀表和信號采集處理，自動(dòng)控制系統(tǒng)測試用，作為測試信號源。例如在通信，廣播，電視系統(tǒng)中，都需要射頻（高頻）發(fā)射這里的發(fā)射波就是載波，把音頻（低頻） ，視頻信號或脈沖信號運(yùn)載出去，就需要能夠產(chǎn)生高頻的信號源。（

18、2） 應(yīng)用于工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，如高頻感應(yīng)加熱，熔煉，超聲診斷核磁共振成像等都需要功率或大或小，頻率或高或低的信號源。（3） 應(yīng)用于電子實(shí)驗(yàn)中，產(chǎn)生信號，并以其為基礎(chǔ)分析電路系統(tǒng)的功能并進(jìn)行電路系統(tǒng)的調(diào)試。（4） 還可廣泛用于其他一些非電測量領(lǐng)域。傳統(tǒng)的信號源一般體積較大，并且通常是不具備通過計(jì)算進(jìn)進(jìn)行操作的功能的，在一些特定的應(yīng)用場合使用不是很方便。本課題將結(jié)合函數(shù)信號發(fā)生芯片和 arm處理器設(shè)計(jì)一個(gè)可以產(chǎn)生多種波形，頻率范圍寬，使用方便，便于攜帶的函數(shù)信號發(fā)生模塊，可應(yīng)用在各種需要產(chǎn)生信號源的場合。信號產(chǎn)生模塊是電子設(shè)計(jì)及實(shí)驗(yàn)西安工業(yè)大學(xué)北方信息工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）2最常用的設(shè)備之一，設(shè)計(jì)便

19、攜、使用方便、功能強(qiáng)大的信號產(chǎn)生模塊具有很好的實(shí)際意義和使用價(jià)值。1.3 相關(guān)技術(shù)現(xiàn)狀相關(guān)技術(shù)現(xiàn)狀在本課題的研究及設(shè)計(jì)過程中綜合運(yùn)用了 arm 技術(shù)、波形產(chǎn)生技術(shù)、eda 技術(shù)?，F(xiàn)對課題實(shí)現(xiàn)的相關(guān)技術(shù)現(xiàn)狀做簡要的介紹：1.3.1 波形產(chǎn)生技術(shù)波形產(chǎn)生技術(shù)信號發(fā)生模塊是各種測試和實(shí)驗(yàn)過程中不可缺少的工具。而且信號發(fā)生模塊的設(shè)計(jì)方法多，設(shè)計(jì)技術(shù)也越來越先進(jìn)。隨著我國經(jīng)濟(jì)和科技的發(fā)展，信號發(fā)生模塊的設(shè)計(jì)方式有以下幾種：(1) 利用振蕩電路和整形電路利用振蕩電路和整形電路用這種信號產(chǎn)生方法，信號源功能較少，波形不豐富，精度不高，頻率上最高只能達(dá)到 300khz，無法產(chǎn)生更高頻率的信號；在調(diào)節(jié)方式上,頻

20、率和占空比不能獨(dú)立調(diào)節(jié)，兩者相互影響，其工作不穩(wěn)定。(2) 采用專用直接數(shù)字合成采用專用直接數(shù)字合成 dds 芯片芯片用這種方式設(shè)計(jì)的的函數(shù)信號發(fā)生模塊理論上講能產(chǎn)生任意波形并達(dá)到很高的頻率，但成本較高。(3) 利用利用 dds 波形產(chǎn)生技術(shù)波形產(chǎn)生技術(shù)用 fpga 和單片機(jī)相結(jié)合的方式實(shí)現(xiàn)頻率控制。這種方式能夠產(chǎn)生任意波形的信號，并且所能達(dá)到的信號頻率也較高，但需要大規(guī)模的 fpga，并且設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)相對較復(fù)雜。( (4) ) 采用單片集成芯片的函數(shù)信號發(fā)生模塊，如采用單片集成芯片的函數(shù)信號發(fā)生模塊，如 max038max038 芯片。芯片。集成的函數(shù)信號發(fā)生模塊可以達(dá)到很高的頻率，精度好，且易

21、于調(diào)試，也被稱為高頻精密函數(shù)信號發(fā)生模塊 ic。在函數(shù)信號產(chǎn)生、頻率合成器，脈寬調(diào)制器等電路的設(shè)計(jì)上，都是優(yōu)選的器件；例如 max038 可以達(dá)到很高的頻率，精度好，且易于調(diào)試，因此它被稱為高頻精密函數(shù)信號發(fā)生模塊 ic。在頻率合成器，脈寬調(diào)制器等電路的設(shè)計(jì)上，max038 都是優(yōu)選的器件。它克服了以上中的缺點(diǎn)可以達(dá)到更高的技術(shù)指標(biāo)。1.3.2arm 技術(shù)現(xiàn)狀技術(shù)現(xiàn)狀arm（advanced risc machines） ，既可以認(rèn)為是一個(gè)公司的名字，也可以認(rèn)為是對一類微處理器的通稱，還可以認(rèn)為是一種技術(shù)的名字。1991 年 arm 公司成立于英國劍橋，主要出售芯片設(shè)計(jì)技術(shù)的授權(quán)。目前，采用

22、arm 技術(shù)知識產(chǎn)權(quán)（ip）核的微處理器，即我們通常所說的 arm 微處理器，已遍及工業(yè)控制、消費(fèi)類電子產(chǎn)品、通信系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)、無線系統(tǒng)等各類產(chǎn)品?；?arm 技術(shù)的微處西安工業(yè)大學(xué)北方信息工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）3理器應(yīng)用約占據(jù)了 32 位 risc 微處理器 75%以上的市場份額，arm 技術(shù)正在逐步滲入到生活的各個(gè)方面。到目前為止，arm 微處理器及技術(shù)的應(yīng)用幾乎已經(jīng)深入到各個(gè)領(lǐng)域，內(nèi)核有以下幾種：arm7 處理器采用了 armv4t（馮諾依曼）體系結(jié)構(gòu)，這種體系結(jié)構(gòu)將程序指令存儲器和數(shù)據(jù)存儲器合并在一起2。主要特點(diǎn)就是程序和數(shù)據(jù)共用一個(gè)存儲空間，程序指令存儲地址和數(shù)據(jù)存儲地址指向同

23、一個(gè)存儲器的不同物理位置，采用單一的地址及數(shù)據(jù)總線，程序指令和數(shù)據(jù)的寬度相同。這樣，處理器在執(zhí)行指令時(shí)，必須先從存儲器中取出指令進(jìn)行譯碼，再取操作數(shù)執(zhí)行運(yùn)算?？傮w來說 arm7 體系結(jié)構(gòu)具有三級流水、空間統(tǒng)一的指令與數(shù)據(jù) cache、平均功耗為 0.6mw/mhz、時(shí)鐘速度為 66mhz、每條指令平均執(zhí)行 1.9 個(gè)時(shí)鐘周期等特性。其中的arm710、arm720 和 arm740 為內(nèi)帶 cache 的 arm 核。arm7 指令集同 thumb指令集擴(kuò)展組合在一起，可以減少內(nèi)存容量和系統(tǒng)成本。同時(shí)，它還利用嵌入式ice 調(diào)試技術(shù)來簡化系統(tǒng)設(shè)計(jì)，并用一個(gè) dsp 增強(qiáng)擴(kuò)展來改進(jìn)性能。arm7

24、 體系結(jié)構(gòu)是小型、快速、低能耗、集成式的 risc 內(nèi)核結(jié)構(gòu)。該產(chǎn)品的典型用途是數(shù)字蜂窩電話和硬盤驅(qū)動(dòng)器等，目前主流的 arm7 內(nèi)核是 arm7tdmi、arm7tdmi-s、arm7ej-s、arm720t?，F(xiàn)在市場上用得最多的 arm7 處理器有 samsung 公司的 s3c44box 與 s3c4510 處理器、atmel 公司的 at91fr40162 系列處理器、cirrus公司的 ep73xx 系列等。通常來說前兩三年大部分手機(jī)基帶部分的應(yīng)用處理器基本上都以 arm7 為主。還有很多的通信模塊，如 cdma 模塊、gprs 模塊和 gps 模塊中都含有 arm7 處理器。arm

25、9 處理器采用 armv4t（哈佛）3體系結(jié)構(gòu)。這種體系結(jié)構(gòu)是一種將程序指令存儲和數(shù)據(jù)存儲分開的存儲器結(jié)構(gòu)，是一種并行體系結(jié)構(gòu)。其主要特點(diǎn)是程序和數(shù)據(jù)存儲在不同的存儲空間中，即程序存儲器和數(shù)據(jù)存儲器。它們是兩個(gè)相互獨(dú)立的存儲器，每個(gè)存儲器獨(dú)立編址、獨(dú)立訪問。與兩個(gè)存儲器相對應(yīng)的是系統(tǒng)中的4 套總線，程序的數(shù)據(jù)總線和地址總線，數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)總線和地址總線。這種分離的程序總線和數(shù)據(jù)總線可允許在一個(gè)機(jī)器周期內(nèi)同時(shí)獲取指令字和操作數(shù)，從而提高了執(zhí)行速度，使數(shù)據(jù)的吞吐量提高了一倍。又由于程序和數(shù)據(jù)存儲器在兩個(gè)分開的物理空間中，因而取指和執(zhí)行能完全重疊。arm9 采用五級流水處理及分離的cache 結(jié)構(gòu)，平均

26、功耗為 0.7mw/mhz。時(shí)鐘速度為 120mhz200mhz，每條指令平均執(zhí)行 1.5 個(gè)時(shí)鐘周期4。與 arm7 處理器系列相似，其中的 arm920、arm940和 arm9e 處理器均為含有 cache 的 cpu 核，性能為 132mips（120mhz 時(shí)鐘，3.3v 供電）或 220mips（200mhz 時(shí)鐘） 。arm9 處理器同時(shí)也配備 thumb 指令擴(kuò)展、調(diào)試和 harvard 總線。在生產(chǎn)工藝相同的情況下，性能是 arm7tdmi 處理器的兩倍之多。常用于無線設(shè)備、儀器儀表、聯(lián)網(wǎng)設(shè)備、機(jī)頂盒設(shè)備、高端打印機(jī)及西安工業(yè)大學(xué)北方信息工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）4數(shù)碼相機(jī)應(yīng)用

27、中。arm9e 內(nèi)核是在 arm9 內(nèi)核的基礎(chǔ)上增加了緊密耦合存儲器tcm 及 dsp 部分。目前主流的 arm9 內(nèi)核是 arm920t、arm922t、arm940。相關(guān)的處理器芯片有 samsung 公司的 s3c2510、cirrus 公司的 ep93xx 系列等。主流的 arm9e 內(nèi)核是 arm926ej-s、arm946e-s、arm966e-s5等。目前市場上常見的 pda，比如說 pocketpc 中一般都是用 arm9 處理器，其中以 samsung 公司的s3c2410 處理器居多。arm10e 處理器采用 armvst 體系結(jié)構(gòu)6，可以分為六級流水處理，采用指令與數(shù)據(jù)分

28、離的 cache 結(jié)構(gòu)，平均功耗 1000mw，時(shí)鐘速度為 300mhz，每條指令平均執(zhí)行 1.2 個(gè)時(shí)鐘周期。arm10tdmi 與所有 arm 核在二進(jìn)制級代碼中兼容，內(nèi)帶高速 3216 mac，預(yù)留 dsp 協(xié)處理器接口。其中的 vfp10（向量浮點(diǎn)單元）為七級流水結(jié)構(gòu)。其中的 arm1020t 處理器則是由 arml0tdmi、32kb 指令、數(shù)據(jù)caches 及 mmu 部分構(gòu)成的。其系統(tǒng)時(shí)鐘高達(dá) 300mhz 時(shí)鐘，指令 cache 和數(shù)據(jù)cache 分別為 32kb，數(shù)據(jù)寬度為 64 位，能夠支持多種商用操作系統(tǒng)，適用于下一代高性能手持式因特網(wǎng)設(shè)備及數(shù)字式消費(fèi)類應(yīng)用。主流的 ar

29、m10 內(nèi)核是arm1020e、arm1022e、arm1026ej-s 等。1.3.3eda 技術(shù)的現(xiàn)狀技術(shù)的現(xiàn)狀電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化（electronic design automation， eda）技術(shù)是在電子計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)技術(shù)基礎(chǔ)上發(fā)展起來的計(jì)算機(jī)軟件系統(tǒng)，是指以計(jì)算機(jī)為工作平臺，融合了應(yīng)用電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、信息處理及智能化技術(shù)的最新成果，進(jìn)行電子產(chǎn)品的自動(dòng)化設(shè)計(jì) 3。eda 技術(shù)是現(xiàn)代信息技術(shù)飛速發(fā)展的關(guān)鍵性技術(shù)之一，在經(jīng)濟(jì)建設(shè)、科技工程進(jìn)步以及國防現(xiàn)代化建設(shè)中起著根本性的推動(dòng)作用。eda 技術(shù)是伴隨著計(jì)算機(jī)、集成電路、電子系統(tǒng)的設(shè)計(jì)發(fā)展起來的，至今已有 30 多年的歷程。目前，國內(nèi)

30、常用的 eda 軟件主要有 multisim、pspice、orcad、protel 等。（1） multisim multisim 軟件是由 eda 工具軟件 ewb(electronics workbench)發(fā)展而來的，是 ewb 的升級版本。multisim 提供了一個(gè)非常大的元件數(shù)據(jù)庫，并提供原理圖輸入接口、全部的數(shù)模 spice 仿真功能、vhdl/verilog 設(shè)計(jì)接口與仿真功能、fpga/cpld 綜合、rf 設(shè)計(jì)能力和后處理功能，還可以進(jìn)行從原理圖到 pcb 布線工具包（如：electronics worbench 的 ultiboard）的無縫隙數(shù)據(jù)傳輸，界面直觀，操作方

31、便。（2） pspice pspice 是（popular simulation programwith intergrated circuit emphasis)側(cè)重于集成電路的通用模擬程序的簡稱。它是美國加州大學(xué)伯克利分校于1972 年開發(fā)的電路仿真程序，1984 年 1 月由美國 microsim 公司首次推出。它是由spice 發(fā)展而來的面向 pc 機(jī)的通用電路模擬分析軟件。功能強(qiáng)大，包括電路圖繪制功能、電路模擬仿真功能、圖形后處理功能和元器件符號制作功能，以圖形方式輸入，自動(dòng)進(jìn)行電路檢查，生成網(wǎng)表，模擬和計(jì)算電路。它在眾多的計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)西安工業(yè)大學(xué)北方信息工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）5

32、工具軟件中，以精度高、受到用戶的歡迎。（3） orcad orcad 是由 orcad 公司于 20 世紀(jì) 80 年代末推出的 eda軟件。目前 orcad 功能包括：供設(shè)計(jì)輸入的 orcad capturer，供類比與混合訊號模擬用的 pspicer a/d basics，供電路板設(shè)計(jì)的 orcad layoutr 以及供高密度電路板自動(dòng)繞線的 specctrar 4u，而新加入的 specctra，用以支援設(shè)計(jì)日益復(fù)雜的各種高速、高密度印刷電路板設(shè)計(jì)。specctra 提供設(shè)計(jì)師一種以形狀為基礎(chǔ)的，功能強(qiáng)大的繞線器，可在減少使用者介入情況下完成各種復(fù)雜設(shè)計(jì)。（4） protel prote

33、l 是 protel 公司在 20 世紀(jì) 80 年代末推出的 cad 工具，是 pcb 設(shè)計(jì)者的首選軟件。它較早在國內(nèi)使用，普及率最高，有些高校的電路專業(yè)還專門開設(shè) protel 課程，幾乎所在的電路公司都要用到它。早期的 protel 主要作為印刷板自動(dòng)布線工具使用，現(xiàn)在普遍使用的是 protel99se，它是個(gè)完整的全方位電路設(shè)計(jì)系統(tǒng)，包含了電原理圖繪制、模擬電路與數(shù)字電路混合信號仿真、多層印刷電路板設(shè)計(jì)（包含印刷電路板自動(dòng)布局布線） ，可編程邏輯器件設(shè)計(jì)、圖表生成、電路表格生成、支持宏操作等功能，并具有 client/server 客戶/服務(wù)器體系結(jié)構(gòu)，同時(shí)還兼容一些其它設(shè)計(jì)軟件的文件格

34、式，如 orcad、pspice、excel 等。使用多層印制線路板的自動(dòng)布線，可實(shí)現(xiàn)高密度 pcb 的 100%布通率。但它最具代表性的是電路設(shè)計(jì)和 pcb 設(shè)計(jì)。在這些 eda 軟件中，protel 軟件功能強(qiáng)大、界面友好、使用方便，得到了廣泛的應(yīng)用。1.4 課題的主要研究內(nèi)容課題的主要研究內(nèi)容本課題將結(jié)合集成函數(shù)信號產(chǎn)生芯片、arm 處理器及 eda 工具完成一套能產(chǎn)生多種波形，且使用簡單方便的函數(shù)信號發(fā)生模塊的硬件設(shè)計(jì)。所設(shè)計(jì)的硬件電路包括 lpc2103 處理器的電路設(shè)計(jì)、max038 的信號產(chǎn)生電路設(shè)計(jì)，電平轉(zhuǎn)換電路設(shè)計(jì)，信號放大電路設(shè)計(jì)及電源電路設(shè)計(jì)。課題研究與設(shè)計(jì)主要進(jìn)行的工作

35、有如下的幾個(gè)方面：（1）查閱相關(guān)資料，熟悉課題的設(shè)計(jì)思想，并最終確定系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案。在查閱相關(guān)技術(shù)資料的基礎(chǔ)上，確定了以 arm 處理器和集成信號波形發(fā)生芯片為核心的硬件電路設(shè)計(jì)方案。（2）在設(shè)計(jì)方案確定的基礎(chǔ)上，通過查閱芯片資料來確定芯片的選型，進(jìn)而完成整個(gè)系統(tǒng)硬件電路的設(shè)計(jì)和繪制，并完成系統(tǒng)的 pcb 布線。系統(tǒng)中 arm 選用lpc2103，信號發(fā)生模塊芯片選用 max038，電平轉(zhuǎn)換芯片選用 max232，信號放大模塊選用 ad811 芯片。（3）焊接制作出硬件實(shí)物圖并完成調(diào)試。在硬件原理設(shè)計(jì)完成的基礎(chǔ)上，焊接完成信號波形生成部分的實(shí)物的焊接與制作。西安工業(yè)大學(xué)北方信息工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)

36、（論文）6（4）完成所設(shè)計(jì)的信號產(chǎn)生模塊的調(diào)試工作。調(diào)試時(shí)先進(jìn)行信號波形生成部分的的調(diào)試，然后結(jié)合 easyarm2103 開發(fā)板進(jìn)行控制功能的調(diào)試。1.5 課題研究的重點(diǎn)、難點(diǎn)課題研究的重點(diǎn)、難點(diǎn)1.5.1 課題研究的重點(diǎn)課題研究的重點(diǎn)本課題是利用 arm 技術(shù)，借助信號發(fā)生器現(xiàn)成模塊 max038，通過外圍電路的設(shè)計(jì)來實(shí)現(xiàn)各項(xiàng)相應(yīng)技術(shù)指標(biāo)要求，工作重點(diǎn)如下：（1）查閱相關(guān)資料并加以確定設(shè)計(jì)思路，明確系統(tǒng)功能，完成系統(tǒng)功能模塊的設(shè)計(jì)；（2）在系統(tǒng)需求及設(shè)計(jì)技術(shù)指標(biāo)的要求下，根據(jù)設(shè)計(jì)方案選擇芯片并加以論證方案；（3）在方案設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，結(jié)合技術(shù)指標(biāo)設(shè)計(jì)原理圖及 pcb 制作，并配合軟件設(shè)計(jì)人員

37、進(jìn)行程序調(diào)試。1.5.2 課題研究的難點(diǎn)課題研究的難點(diǎn)在整個(gè)設(shè)計(jì)工作中，如何采用有效的方式通過操作進(jìn)行信號的控制使其信號穩(wěn)定及避免干擾這是工作的難點(diǎn)所在，需要在 pcb 設(shè)計(jì)及硬件原理設(shè)計(jì)時(shí)綜合考慮各種抗干擾措施。同時(shí)，在系統(tǒng)設(shè)計(jì)中如何將各種技術(shù)融合在一起完成整個(gè)系統(tǒng)的功能也是要進(jìn)行深入研究的內(nèi)容。1.6 論文的結(jié)構(gòu)安排論文的結(jié)構(gòu)安排論文由六章組成，主要內(nèi)容及結(jié)構(gòu)安排如下：第 1 章 緒論緒論：闡述本課題的背景，課題來源與意義，介紹制作信號發(fā)生的相關(guān)技術(shù)現(xiàn)狀。第 2 章 課題設(shè)計(jì)方案課題設(shè)計(jì)方案：介紹課題設(shè)計(jì)方案，課題實(shí)現(xiàn)的各種方案加以論證并確定本課題設(shè)計(jì)方案。第 3 章 相關(guān)技術(shù)介紹：相關(guān)技

38、術(shù)介紹：本章主要介紹相關(guān)技術(shù)介紹，闡述每個(gè)系統(tǒng)模塊的功能，并選擇性價(jià)比較好的芯片等方面的內(nèi)容。第 4 章 信號產(chǎn)生模塊硬件設(shè)計(jì)：信號產(chǎn)生模塊硬件設(shè)計(jì)：主要介紹硬件原理圖的設(shè)計(jì)，具體介紹各部分的原理圖設(shè)計(jì)。第 5 章 系統(tǒng)調(diào)試及性能分析：系統(tǒng)調(diào)試及性能分析：主要介紹系統(tǒng)調(diào)試及性能分析，闡述整個(gè)系統(tǒng)在制作完成后的軟件及硬件的相關(guān)參數(shù)檢測以及整體系統(tǒng)的運(yùn)行檢查和聯(lián)調(diào)。第 6 章 設(shè)計(jì)總結(jié)：設(shè)計(jì)總結(jié)：主要介紹系統(tǒng)設(shè)計(jì)總結(jié)，主要包括設(shè)計(jì)收獲和體會，整個(gè)設(shè)計(jì)工作的不足之處和需要改進(jìn)的方面。2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案72 系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案2.1 系統(tǒng)功能概述系統(tǒng)功能概述課題將結(jié)合集成函數(shù)信號產(chǎn)生芯片、arm

39、處理器及 eda 工具完成一套多功能函數(shù)信號發(fā)生模塊的硬件設(shè)計(jì)。對于函數(shù)信號發(fā)生模塊的設(shè)計(jì)功能概述如下：（1）能夠產(chǎn)生多種波形，包括三角波、方波、正弦波；（2）具有信號放大作用；（3）能夠控制信號產(chǎn)生模塊；（4）能接收上位機(jī)的指令，進(jìn)行相應(yīng)的設(shè)置和功能控制。本課題設(shè)計(jì)的信號發(fā)生模塊的主要性能指標(biāo)要求如下：（1）可產(chǎn)生多種波形，包括正弦波、方波、三角波；（2）產(chǎn)生的信號的頻率為：0.1hz20mhz（八個(gè)頻段） ；（3）信號幅度（05v） ，信號占空比（10%90%） ，頻率可連續(xù)調(diào)節(jié)（50%） ；（4）信號發(fā)生模塊要求體積小，便于攜帶且使用方便。課題將結(jié)合 arm 處理器 lpc2103，函數(shù)

40、信號發(fā)生模塊及 eda 工具 protel99se完成整個(gè)函數(shù)信號發(fā)生模塊的硬件設(shè)計(jì)。 2.2 課題設(shè)計(jì)及方案論證課題設(shè)計(jì)及方案論證2.2.1 制作函數(shù)發(fā)生器的方案一制作函數(shù)發(fā)生器的方案一利用振蕩電路和整形電路。特點(diǎn)：功能較少，精度不高，頻率上只有300khz，無法產(chǎn)生更高頻率的信號，調(diào)節(jié)方式，頻率和占空比不能獨(dú)立調(diào)節(jié)，兩者相互影響，其工作不穩(wěn)定。2.2.2 制作函數(shù)發(fā)生器的方案二制作函數(shù)發(fā)生器的方案二利用 dds 波形產(chǎn)生技術(shù)，采用 fpga 和單片機(jī)相結(jié)合的方式實(shí)現(xiàn)頻率控制。特點(diǎn)：只產(chǎn)生三種常見波形，需要大規(guī)模的 fpga。2.2.3 制作函數(shù)發(fā)生器的方案三制作函數(shù)發(fā)生器的方案三采用專用直

41、接數(shù)字合成 dds 芯片的函數(shù)信號發(fā)生模塊。特點(diǎn)：能產(chǎn)生任意波形并達(dá)到很高的頻率，但成本較高。2.2.4 制作函數(shù)發(fā)生器的方案四制作函數(shù)發(fā)生器的方案四采用單片集成芯片的函數(shù)信號發(fā)生模塊，如 max038。特點(diǎn)：max03816達(dá)到西安工業(yè)大學(xué)北方信息工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）8很高的頻率，精度好，且易于調(diào)試，因此它被稱為高頻精密函數(shù)信號發(fā)生模塊 ic。在頻率合成器，脈寬調(diào)制器等電路的設(shè)計(jì)上，max038 都是優(yōu)選的器件。它克服了以上中的缺點(diǎn)可以達(dá)到更高的技術(shù)指標(biāo)。2.3 系統(tǒng)整體方案選擇系統(tǒng)整體方案選擇比較以上四種方案，從工程實(shí)用性及性價(jià)比方面比較，首選方案四，不僅簡化了系統(tǒng)復(fù)雜度還節(jié)約了硬件成

42、本。設(shè)計(jì)的函數(shù)發(fā)生器便于攜帶，且還具有可調(diào)范圍大、精度高、信號穩(wěn)定等特點(diǎn)。通過對各種信號產(chǎn)生方式進(jìn)行研究及對比分析，以及相關(guān)文獻(xiàn)資料的查閱，對本課題的實(shí)現(xiàn)提出以下的設(shè)計(jì)方案：arm處處理理器器（lpc2103）信信號號發(fā)發(fā)生生模模塊塊(max038)電電平平轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)換換器器（max232）上上位位機(jī)機(jī)信信號號放放大大器器(ad811)圖 1 信號發(fā)生模塊整體設(shè)計(jì)方案本課題的設(shè)計(jì)方案的工作原理如下：（1）上位機(jī)（操作界面）主要用來發(fā)出操作指令和顯示結(jié)果數(shù)據(jù)，一般為 pc計(jì)算機(jī)，在屏幕上顯示各種信號變化，負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的存儲、歷史數(shù)據(jù)分析、趨勢分析，此外還可以將系統(tǒng)的控制參數(shù)傳輸給 arm 處理器，直接發(fā)出

43、操控命令。（2）arm 處理器 lpc2103 作為系統(tǒng)控制中心，是用來處理上位機(jī)發(fā)來的數(shù)據(jù)及指令，并作出響應(yīng)將指令傳送給信號產(chǎn)生芯片。（3）max038 作為函數(shù)發(fā)生器的核心，一方面通過接收 arm 處理器傳送的數(shù)據(jù)，一方面將產(chǎn)生三角波、方波、正弦波傳送給信號放大電路。（4）電平轉(zhuǎn)換部分采用 max232 芯片，完成 ttl 電平與 rs232 電平之間的轉(zhuǎn)換，從而建立起 arm 處理器及上位機(jī)之間的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換及通信通道。（5）信號放大電路對 max038 傳送出來的信號進(jìn)行放大處理。通過高速型放大器 ad811 實(shí)現(xiàn)信號放大，從而實(shí)現(xiàn)信號峰峰值技術(shù)指標(biāo)要求。2.4 相關(guān)技術(shù)選擇相關(guān)技術(shù)選擇2

44、.4.1 處理器的選擇處理器的選擇處理器選用 arm7 系列的 32 位處理器 lpc2103。lpc2103 是一個(gè)具有通用目的 32 位微處理器，它尺寸小、功耗低、價(jià)格便宜等明顯優(yōu)點(diǎn)，非常適合于那些將小型化作為主要要求的應(yīng)用。lpc2103 基于一個(gè)支持實(shí)時(shí)仿真的 arm7tdmi-s cpu，并帶有 8kb 和 32kb 嵌入的高速 flash 存儲器。128 位寬度的存儲器接口和獨(dú)特的加速結(jié)構(gòu)使 32 位代碼能夠在最大時(shí)鐘速率下運(yùn)行。這可以使得中斷服務(wù)程序和dsp 算法中重要功能的性能較 thumb 模式提高 30%。對代碼規(guī)模有嚴(yán)格控制的應(yīng)用西安工業(yè)大學(xué)北方信息工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文

45、）9可使用 16 位 thumb 模式將代碼規(guī)模降低超過 30%，而性能的損失卻很小。由于2103 非常小的尺寸和極低的功耗，非常適合于那些將小型化作為主要要求的應(yīng)用。多個(gè) uart、spi、ssp 和 2 個(gè) i2c 總線組成的混合串行通信接口和片內(nèi)2kb/4kb/8kb 的 sram 一起作用，可使得 lpc2103 非常適合用來實(shí)現(xiàn)通信網(wǎng)關(guān)和協(xié)議轉(zhuǎn)換器、數(shù)學(xué)協(xié)處理器以及足夠大空間的緩沖區(qū)的強(qiáng)大處理功能。而多個(gè) 32 位和16 位的定時(shí)器、一個(gè)經(jīng)改良后的 10 位 adc、pwm 特性(通過所有定時(shí)器上的一個(gè)輸出匹配來實(shí)現(xiàn))和 32 個(gè)快速 gpio(含有多達(dá) 9 個(gè)邊沿或電平有效的外部中

46、斷管腳)使它們特別適用于工業(yè)控制和醫(yī)療系統(tǒng)。本課題利用 arm 處理器 lpc2103 作為本課題的控制核心。2.4.2 信號產(chǎn)生芯片的選擇信號產(chǎn)生芯片的選擇max038 是 maxim 公司生產(chǎn)的一種具有高頻、高精度、低輸出電阻而且驅(qū)動(dòng)能力很強(qiáng)的函數(shù)信號發(fā)生器芯片。它的內(nèi)部電路主要由振蕩器、振蕩頻率控制器、2.5 v 基準(zhǔn)電壓源、正弦波形發(fā)生器、比較器、多路模擬開關(guān)、相位比較器組成。max038 主要性能特點(diǎn)如下： 能精密地產(chǎn)生正弦波、矩形波(含方波)、三角波信號。 頻率范圍從 0.1 hz20 mhz，最高可達(dá) 40mhz，各種波形的輸出幅度均為 2 v(p-p)。 占空比調(diào)節(jié)范圍寬，占空

47、比和頻率均可單獨(dú)調(diào)節(jié)，二者互不影響，占空比最大調(diào)節(jié)范圍為 1090。 波形失真小，正弦波失真度小于 0.75%，占空比調(diào)節(jié)時(shí)的非線性度低于 2%。 采用5 v 雙電源供電，允許有 5%變化范圍，電源電流為 80 ma，典型功耗400 mw，工作溫度范圍為 070。 內(nèi)設(shè) 2.5 v 電壓基準(zhǔn)，可利用該電壓設(shè)定 fadj、dadj 的電壓值，從而實(shí)現(xiàn)頻率微調(diào)和占空比調(diào)節(jié)。2.4.3 電壓轉(zhuǎn)化芯片的選擇電壓轉(zhuǎn)化芯片的選擇利用 lm1117-3.3、lm1117-1.8 電路獲得 3.3v 電壓和 1.8v 電壓，使 lpc2103內(nèi)核與外核管腳正常工作；由于日常電源電路利用 usb 5v 供電，利

48、用 b0505 電壓轉(zhuǎn)換器電路連接實(shí)現(xiàn)-5v 電源供電，實(shí)現(xiàn) max038 的5 v 雙電源供電。2.4.4 電平轉(zhuǎn)換芯片的選擇電平轉(zhuǎn)換芯片的選擇max232 該產(chǎn)品是由德州儀器公司（ti）推出的一款兼容 rs232 標(biāo)準(zhǔn)的芯片。由于電腦串口 rs232 電平是-10v、+10v，而一般的單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的信號電壓是ttl 電平 0 v、+5v，max232 就是用來進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換的，該器件包含 2 驅(qū)動(dòng)器、2接收器和一個(gè)電壓發(fā)生器電路提供 tia/eia-232-f 電平。該器件符合 tia/eia-232-f西安工業(yè)大學(xué)北方信息工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）10標(biāo)準(zhǔn)，每一個(gè)接收器將 tia/eia-

49、232-f 電平轉(zhuǎn)換成 5-v ttl/cmos 電平。每一個(gè)發(fā)送器將 ttl/cmos 電平轉(zhuǎn)換成 tia/eia-232-f 電平。max232 應(yīng)用電路，注意電容接法。232 是電荷泵芯片，可以完成兩路ttl/rs-232 電平的轉(zhuǎn)換，它的 9、10、11、12 引腳是 ttl 電平端，用來連接單片機(jī)的。max232 獲得正負(fù)電源的另一種方法 在單片機(jī)控制系統(tǒng)中，我們時(shí)常要用到數(shù)/模（d/a）或者模/數(shù)(a/d)變換以及其它的模擬接口電路，這里面要經(jīng)常用到正負(fù)電源，例如：9v，-9v；12v，-12v。這些電源僅僅作為數(shù)字和模擬控制轉(zhuǎn)換接口部件的小功率電源。在控制板上，我們有的只是 5v

50、 電源，可又有很多方法獲得非 5v電源。外接 dc-dc 變換，max232 是 ttlrs232 電平轉(zhuǎn)換的典型芯片，按照芯片的推薦電路，取振蕩電容為 uf 的時(shí)候，若輸入為 5v，輸出可以達(dá)到-14v 左右，輸入為 0v，輸出可以達(dá)到 14v，在扇出電流為 20ma 的時(shí)候，處處電壓可以穩(wěn)定在12v 和-12v。因此，在功耗不是很大的情況下，可以將 max232 的輸出信號經(jīng)穩(wěn)壓塊后作電源使用。2.4.5 功率（信號）功率（信號）放大芯片的選擇放大芯片的選擇由于 max038 產(chǎn)生的各種波形的輸出幅度均為 2 v(p-p)，而設(shè)計(jì)指標(biāo)要求的峰峰值是 5v，需要對輸出的信號進(jìn)行一定的幅度放大

51、；在信號源的最后一級加上放大電路，除對幅度有一定放大外，同時(shí)也進(jìn)行一定的功率放大，以提高信號源的負(fù)載能力。ad811 是一個(gè)寬帶高速電流反饋型運(yùn)算放大器，max038 產(chǎn)生的各種波形的輸出幅度均為 2 v(p-p)。為達(dá)到本設(shè)計(jì)技術(shù)指標(biāo)要求，選用 ad811（寬帶高速電流反饋型運(yùn)算放大器） ，其小信號帶寬(g=+2 時(shí))達(dá) 120 mhz，輸出電流達(dá) 100 ma，短路輸出電流可達(dá) 150 ma。在本課題中，ad811 的電壓放大增益為 2，主要起功率放大的作用。3 相關(guān)技術(shù)介紹113 相關(guān)技術(shù)介紹相關(guān)技術(shù)介紹系統(tǒng)在設(shè)計(jì)中采用 arm 處理器進(jìn)行接收并發(fā)送指令給信號產(chǎn)生芯片；使用max232

52、芯片作為電平轉(zhuǎn)換的核心芯片；使用 max038 芯片作為信號產(chǎn)生芯片；使用 ad811 芯片作為信號功率放大芯片；使用 protel99 se 完成系統(tǒng)原理圖的設(shè)計(jì)及pcb 的設(shè)計(jì)。3.1lpc2103 處理器處理器處理器 lpc2103 是系統(tǒng)的控制核心，lpc2103 是一個(gè)具有通用目的的 32 位微處理器，lpc2103 基于一個(gè)支持實(shí)時(shí)仿真的 arm7tdmi-s cpu，并帶有 8kb 和32kb 嵌入的高速 flash 存儲器。128 位寬度的存儲器接口和獨(dú)特的加速結(jié)構(gòu)使 32 位代碼能夠在最大時(shí)鐘速率下運(yùn)行。這可以使得中斷服務(wù)程序和 dsp 算法中重要功能的性能較 thumb 模

53、式提高 30%。對代碼規(guī)模有嚴(yán)格控制的應(yīng)用可使用 16 位 thumb模式將代碼規(guī)模降低超過 30%，而性能的損失卻很小。由于 2103 非常小的尺寸和極低的功耗，它們非常適合于那些將小型化作為主要要求的應(yīng)用，多個(gè) uart、spi到 ssp 和 2 個(gè) i2c 總線組成的混合串行通信接口和片內(nèi) 2kb/4kb/8kb 的 sram 一起作用，可使得 lpc2103 非常適合用來實(shí)現(xiàn)通信網(wǎng)關(guān)和協(xié)議轉(zhuǎn)換器、數(shù)學(xué)協(xié)處理器以及足夠大空間的緩沖區(qū)的強(qiáng)大處理功能。而多個(gè) 32 位和 16 位的定時(shí)器、一個(gè)經(jīng)改良后的 10 位 adc、pwm 特性(通過所有定時(shí)器上的一個(gè)輸出匹配來實(shí)現(xiàn))和 32 個(gè)快速

54、gpio(含有多達(dá) 9 個(gè)邊沿或電平有效的外部中斷管腳)使它們特別適用于工業(yè)控制和醫(yī)療系統(tǒng)。它尺寸小、功耗低、價(jià)格便宜等明顯優(yōu)點(diǎn)，非常適合于那些將小型化作為主要要求的應(yīng)用。lpc2103 主要特性： 16/32 位 arm7tdmi-s 處理器，極小型 lqfp48 封裝； 2kb/4kb/8kb 的片內(nèi)靜態(tài) ram，8kb/16kb/32kb 的片內(nèi) flash 程序存儲器，128 位寬的接口/加速器使其實(shí)現(xiàn)了 70mhz 的高速操作； 10 位的 a/d 轉(zhuǎn)換器含有 8 個(gè)模擬輸入，每個(gè)通道的轉(zhuǎn)換時(shí)間低至 2.44s,專用的結(jié)果寄存器使中斷開銷降到最低； 2 個(gè) 32 位的定時(shí)器/外部事件

55、計(jì)數(shù)器，具有 7 路捕獲和 7 路比較通道； 2 個(gè) 16 位的定時(shí)器/外部事件計(jì)數(shù)器，具有 3 路捕獲和 7 路比較通道； 低功耗實(shí)時(shí)時(shí)鐘(rtc)，有獨(dú)立的供電電源和專門的 32khz 時(shí)鐘輸入； 多個(gè)串行接口，包括 2 個(gè) uart(16c550)，2 個(gè)快速 i2c 總線(400kbits/s)以及帶緩沖和可變數(shù)據(jù)長度功能的 spi 和 ssp； 向量中斷控制器，可配置優(yōu)先級和向量地址西安工業(yè)大學(xué)北方信息工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）12 多達(dá) 32 個(gè)可承受 5v 的通用 i/o 口； 高達(dá) 13 個(gè)邊沿或電平有效的外部中斷管腳；西安工業(yè)大學(xué)北方信息工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）13 通過可編程

56、的片內(nèi) pll(可能的輸入頻率范圍：10mhz25mhz)可實(shí)現(xiàn)最大為 70mhz 的 cpu 時(shí)鐘頻率，設(shè)置時(shí)間為 100s； 片內(nèi)集成的振蕩器，工作在 1mhz25mhz 的外部晶體下； 節(jié)電模式包括空閑模式、rtc 有效的睡眠模式和掉電模式； 通過外設(shè)功能的單獨(dú)使能/禁止和調(diào)節(jié)外設(shè)時(shí)鐘來實(shí)現(xiàn)功耗的最優(yōu)化； 通過外部中斷或 rtc 將處理器從掉電模式中喚醒。lpc2103 管腳定義如圖 3.1 所示圖 3.1 lpc2103 管腳圖3.2 信號發(fā)生模塊信號發(fā)生模塊 max038 芯片芯片max038 芯片是一種高頻精密的函數(shù)發(fā)生器，可產(chǎn)生三角波、正弦波、方波等，西安工業(yè)大學(xué)北方信息工程學(xué)院

57、畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）14且頻率及占空比的控制可獨(dú)立進(jìn)行。max038 芯片如圖 3.2 及功能詳解如下。圖 3.2 max038 芯片管腳圖max038 芯片17各引腳功能簡述如下：ref：芯片內(nèi)部 25 v 參考電壓輸出；gnd：模擬地；a1，a0：輸出波形選擇，ttlcmos 兼容；cosc：內(nèi)部震蕩器外接電容；fadj，dadj：輸出頻率、占空比調(diào)節(jié)；iin：震蕩頻率控制器電流輸入；pdi，pdo：內(nèi)部鑒相器輸入、輸出；sync：同步信號輸出，允許內(nèi)部震蕩器與外電路同步；dgnd，dv+：內(nèi)部數(shù)字電路電源；v+，v-：max038 電源(+5 v，-5 v)；out：波形輸出端。max038

58、 的性能特點(diǎn): 能精密地產(chǎn)生三角波、方波、正弦波信號。 頻率范圍從 0.1hz20mhz，最高可達(dá) 40mhz，各種波形的輸出幅度均為2v(p-p)。 占空比調(diào)節(jié)范圍寬，占空比和頻率均可單獨(dú)調(diào)節(jié)，互不影響，占空比最大調(diào)節(jié)范圍 10%90%。 波形失真小，正弦波失真度小于 0.75%，占空比調(diào)節(jié)時(shí)非線性度低于 2%。 采用5v 雙電源供電，允許有 5%變化范圍，電源電流為 80ma，典型功耗400mw，工作溫度范圍為 070。 內(nèi)設(shè) 2.5v 電壓基準(zhǔn)，利用控制端 fadj、dadj 實(shí)現(xiàn)頻率微調(diào)和占空比調(diào)節(jié)。西安工業(yè)大學(xué)北方信息工程學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）153.3 電平轉(zhuǎn)換模塊電平轉(zhuǎn)換模塊 ma

59、x232 芯片芯片串行通訊時(shí)要滿足一定的條件，比如電腦的串口是 rs232 電平的，而處理器的串口是 ttl 電平的，兩者之間必須有一個(gè)電平轉(zhuǎn)換電路，我們采用了專用芯片max232 進(jìn)行轉(zhuǎn)換，雖然也可以用幾個(gè)三極管進(jìn)行模擬轉(zhuǎn)換，但是還是用專用芯片更簡單可靠。max232 是由德州儀器公司（ti）推出的一款兼容 rs232 標(biāo)準(zhǔn)的芯片。由于電腦串口 rs232 電平是-10v+10v，而一般的單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的信號電壓是 ttl電平 0 +5v，max232 就是用來進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換的，該器件包含 2 驅(qū)動(dòng)器、2 接收器和一個(gè)電壓發(fā)生器電路提供 tia/eia-232-f 電平。該器件符合 tia/e

60、ia-232-f 標(biāo)準(zhǔn)，每一個(gè)接收器將 tia/eia-232-f 電平轉(zhuǎn)換成 5-v ttl/cmos 電平。每一個(gè)發(fā)送器將ttl/cmos 電平轉(zhuǎn)換成 tia/eia-232-f 電平。max232 的管腳定義如圖 3.3 所示。圖 3.3 max232 的管腳圖max232 的主要特性如下：（1）單 5v 電源工作（2）linbicmostm 工藝技術(shù)（3）兩個(gè)驅(qū)動(dòng)器及兩個(gè)接收器（4）30v 輸入電平（5）低電源電流：典型值是 8ma（6）符合甚至優(yōu)于 ansi 標(biāo)準(zhǔn) eia/tia-232-e 及 itu 推薦標(biāo)準(zhǔn) v.28（7）esd 保護(hù)大于 mil-std-883（方 法 301