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1、 信号源的设计和制作信号源的设计和制作 1基本要求基本要求（1 1）正弦波信号源正弦波信号源 1 1） 信号频率：信号频率：20Hz20Hz20kHz20kHz步进调整，步长为步进调整，步长为5Hz5Hz 2 2） 频率稳定度：优于频率稳定度：优于1010-4-4 (2 (2） 脉冲波信号源脉冲波信号源 1 1） 信号频率：信号频率：20Hz20Hz20kHz20kHz步进调整，步长为步进调整，步长为5Hz5Hz 2 2） 上升和下降时间：上升和下降时间：1 1u us s 3 3） 脉冲占空比：脉冲占空比：2%2%98%98%步进可调，步长为步进可调，步长为2% 2% （3）上述两个信号源公
2、共要求上述两个信号源公共要求1）频率可预置频率可预置2）在负载为在负载为600时输出幅度为时输出幅度为3V3）完成完成5位频率的数字显示位频率的数字显示2发挥部分发挥部分（1 1）正弦波和脉冲波频率步长改为）正弦波和脉冲波频率步长改为1Hz1Hz。 （2 2）正弦波和脉冲波幅度可步进调整，调整范围正弦波和脉冲波幅度可步进调整，调整范围 100mV100mV3V3V，步长为步长为100mV100mV。 （3 3）正弦波和脉冲波频率可自动步进，步长为正弦波和脉冲波频率可自动步进，步长为1Hz1Hz。 三、三、 总体方案总体方案 设计制作一个能产生正弦波和脉冲波信号源。要求信号频设计制作一个能产生正
3、弦波和脉冲波信号源。要求信号频率在率在20Hz20Hz20kHz20kHz范围内能程控步进调整，脉冲波的占空比在范围内能程控步进调整，脉冲波的占空比在2%2%98%98%之间能程控步进可调，且性能良好，满足指标。之间能程控步进可调，且性能良好，满足指标。 1 1方案比较方案比较（1 1）正弦波产生）正弦波产生 方方案案一一：采采用用单单片片函函数数发发生生器器（80388038），80388038可可同同时时产产生生正正弦弦波波、脉脉冲冲波波，方方法法简简单单，用用D/AD/A转转换换器器的的输输出出来来改改变变调调整整电电压压，也也可可以以实实现现数数控控调调整整频频率率，但但步步长长难难以
4、以满满足足要要求求，且且频频率率稳定度不高。稳定度不高。方方案案四四：采采用用单单片片机机控控制制动动态态生生成成程程序序。该该方方法法引引入入动动态态编编程程和和吞吞时时钟钟技技术术，使使用用80318031便便可可产产生生50kHz50kHz的的正正弦弦波波，能能达达到到指指标标要要求求。单单片片机机在在此此不不仅仅是是控控制制器器，还还是是信信号号发发生生器器，用用软软件件产产生正弦波，使硬件开销达到最省生正弦波，使硬件开销达到最省。（2）方波的产生）方波的产生方方波波可可由由正正弦弦波波整整形形得得到到，关关键键是是如如何何控控制制占占空空比比，对对此此有几种方案。有几种方案。方方案案
5、一一：由由D/A转转换换器器产产生生占占空空比比相相应应的的电电压压，将将之之与与正正弦弦信信号号进进行行比比较较就就可可得得到到所所需需占占空空比比方方波波。但但这这种种方方法法精精度度较较差差，难以达到难以达到2%的步进要求。的步进要求。方方案案二二：先先把把正正弦弦波波变变换换为为锯锯齿齿波波或或三三角角波波，然然后后进进行行比比较较。这这样样一一来来虽虽然然可可以以提提高高精精度度，但但电电路路复复杂杂，成成本本高高，调调试试也也困困难。难。方方案案三三：采采用用计计数数定定时时方方法法，先先将将正正弦弦波波变变换换为为方方波波，再再用用它它的的上上升升沿沿触触发发一一计计时时电电路路
6、，该该电电路路在在计计时时期期间间输输出出为为高高电电平平，计计时时终终止止后后输输出出为为低低电电平平，该该输输出出波波形形即即为为所所需需要要波波形形。这这种种方法计时精度高，成本低。方法计时精度高，成本低。2实施方案实施方案根据以上分析，选用如下方案。根据以上分析，选用如下方案。（1）正弦波产生）正弦波产生800Hz以以下下的的正正弦弦波波产产生生采采用用软软件件相相位位累累加加DDS方方案案来来实实现。现。800Hz50kHz的正弦波采用动态生成程序的方法来实现。的正弦波采用动态生成程序的方法来实现。（2）方波的产生）方波的产生 方波由同频率的正弦波产生，采用计数定时方案来实现占方波由
7、同频率的正弦波产生，采用计数定时方案来实现占空比的步进调整。为提高占空比的精度，采用预分频和择优技空比的步进调整。为提高占空比的精度，采用预分频和择优技术。术。四、硬件系统四、硬件系统 信信号号源源的的硬硬件件系系统统框框图图如如图图所所示示。下下面面将将分分别别介介绍绍各各组组成成部分的功能和实现方法。部分的功能和实现方法。单片机80C32键盘显示82C79吞脉冲GAL动态程序存储器6264程序存储器27C128晶振36MHz方波82C53DAC0808滤波器模拟开关CD4051输出驱动NE5532幅度控制DAC0832波形输出 单片机系统是整个硬件系统的核心，它既是协调整机工单片机系统是整
8、个硬件系统的核心，它既是协调整机工作的控制器，又是波形数据的产生器。作的控制器，又是波形数据的产生器。单片机系统单片机系统 （4）由）由2-4译码译码器器74LS139和和GAL16V8组成译码组成译码电路。电路。 （1）由单片机）由单片机80C32（内部内部RAM为为256Byte）、）、程序存储器程序存储器EPROM27C128和地址锁存器和地址锁存器373构成最小构成最小系统。系统。 （2）由）由RAM6264构成动态程序存储器，构成动态程序存储器，将将80C32的的/PSEN接接6264的的/RD，它既占据它既占据8KByte的程序存储器空间，同时又占据的程序存储器空间，同时又占据8K
9、Byte的数据存储器空间。的数据存储器空间。（3）由可编程键盘、显示接口芯片）由可编程键盘、显示接口芯片82C79构成的键构成的键盘显示电路，盘显示电路，82C79用中断方式与用中断方式与80C32通信。通信。功能键：功能键：Enter、Stop、A、K、Auto+、Auto-，正弦正弦波波/脉冲波脉冲波数字键：数字键：09系统复位键：系统复位键：Reset（不由不由82C79控制）控制）整机系统地址分配如下：整机系统地址分配如下：27C128：0000H3FFFH3FFFH的程序存储空间的程序存储空间62646264： 6000H6000H7FFFH7FFFH的程序和数据空间的程序和数据空间
10、82C5382C53： 4000H4000H5FFFH5FFFHDAC0832DAC0832： A000HA000HBFFFHBFFFH82C7982C79： E000HE000HFFFFHFFFFH单片机80C32键盘显示82C79吞脉冲GAL动态程序存储器6264程序存储器27C128晶振36MHz方波82C53DAC0808滤波器模拟开关CD4051输出驱动NE5532幅度控制DAC0832波形输出方波形成电路由比较器方波形成电路由比较器LM311和计数定时电路构成，和计数定时电路构成，计数定时电路采用程控计数器计数定时电路采用程控计数器82C53实现。正弦波经实现。正弦波经LM311比
11、较器后，变为方波，其上升沿触发比较器后，变为方波，其上升沿触发82C53的的GATE1，开始计数并输出低电平，开始计数并输出低电平，82C53计满后输出高电计满后输出高电平，改变平，改变80C32预置预置82C53的计数初值就可使输出方波的占的计数初值就可使输出方波的占空比改变。空比改变。82C53输出经输出经74HC14反相，进入反相，进入DAC0832幅度幅度控制。控制。正弦波形成电路正弦波形成电路:D/A转转换换器器将将80C32的的P1口口送送来来的的数数据据，变变换换成成阶阶梯梯正正弦弦波波，再再经经滤滤波波器器滤滤波波后后送送入入LM311和和CD4051，经经DAC0832进行幅
12、度调整，进行幅度调整，NE5532驱动后输出。驱动后输出。D/A转换器由建立时间为转换器由建立时间为150ns的的DAC0808实现，实现，DAC0808的基准电压由稳压块的基准电压由稳压块7805提供。提供。主振电路产生主振电路产生36MHz的时钟信的时钟信号，吞时钟脉冲电路是可控分号，吞时钟脉冲电路是可控分数维分频器，它为数维分频器，它为80C32提供提供时钟信号。用时钟信号。用ABEL编程编程GAL，使完成使完成3分频工作，当分频工作，当C36或或C6端有跳变时，就在端有跳变时，就在36个晶振个晶振时钟吞掉一个或时钟吞掉一个或6个时钟脉冲。个时钟脉冲。其中其中C36、C6端由端由80C3
13、2的的P3.5、P3.1控制。控制。这样方波输出就为这样方波输出就为0V或或5V，进入进入DAC0832幅度控制，幅度控制，再经驱动后输出。同时考虑到占空比为再经驱动后输出。同时考虑到占空比为2%和和98%的方波波的方波波形正好反相，形正好反相，4%和和96%的波形也正好反相，余此类推。为的波形也正好反相，余此类推。为了减少计数的容量，故方波分为两路输出，占空比小于了减少计数的容量，故方波分为两路输出，占空比小于50%的方波在的方波在74HC14处只有一级反相器，而占空比大于处只有一级反相器，而占空比大于50%的方波加有两级反相器。的方波加有两级反相器。五、调试过程五、调试过程1 1使用的仪器
14、与仪表使用的仪器与仪表PCPC机，机，386DX40386DX40，5M5M内存内存 数字频率计，数字频率计，8610A8610A型型MICEMICE5151仿真器仿真器 XDXD低频信号源低频信号源20MHz20MHz双踪示波器双踪示波器 真空管毫伏表，真空管毫伏表，DYCDYC5 5BSIABSIA失真度测量仪失真度测量仪 890890型数字万用表型数字万用表JWYJWY30F30F稳压电源稳压电源 2 2调试经验调试经验调调试试过过程程是是发发现现错错误误、改改正正错错误误的的过过程程。能能够够越越早早地地发发现现错错误误，纠纠正正它它的的代代价价就就越越小小。错错误误可可以以分分为为：
15、系系统统方方案案错错误；系统设计错误；系统实现错误。误；系统设计错误；系统实现错误。系系统统方方案案错错误误是是致致命命的的，如如果果在在制制作作后后期期才才发发现现它它，几几乎就没有挽救的办法。乎就没有挽救的办法。为为避避免免方方案案错错误误，在在设设计计前前要要进进行行周周密密的的方方案案论论证证。这这时时要要查查找找大大量量的的文文献献资资料料，必必要要时时开开发发部部分分原原型型或或进进行行计计算算机机模模拟拟。例例如如，这这个个系系统统在在选选择择方方案案时时，不不知知道道动动态态编编程程能能否否满满足足频频率率要要求求。可可以以用用穷穷举举法法结结800Hz到到50kHz逐逐个个频
16、频率率点进行验证，在得到可行的结论后才使用。点进行验证，在得到可行的结论后才使用。 系统设计错误通常意味要对物理线路作较大的改动。系统设计错误通常意味要对物理线路作较大的改动。 系统实现错误主要是器件接线错误或工作点设置错误。系统实现错误主要是器件接线错误或工作点设置错误。查找实现错误时可以根据模拟的结果进行对照调试，或由查找实现错误时可以根据模拟的结果进行对照调试，或由电路的因果关系确定故障的位置。电路的因果关系确定故障的位置。 一是使用计算机对电路进行模拟，例如验证滤波器的一是使用计算机对电路进行模拟，例如验证滤波器的特性，而且模拟的结果为物理线路的调试提供了参考依据。特性，而且模拟的结果
17、为物理线路的调试提供了参考依据。 另一个是使用可编程逻辑器件，如另一个是使用可编程逻辑器件，如GAL，这样在发现这样在发现错误时只要重新改变编程，不需要做大的改动。错误时只要重新改变编程，不需要做大的改动。 例如，器件选择错误，在高速应用中使用了低速器件；例如，器件选择错误，在高速应用中使用了低速器件；元件参数计算错误，以致达不到预定的指标。这些都是设元件参数计算错误，以致达不到预定的指标。这些都是设计上的错误。在这里采用两种手段来减少设计错误，或减计上的错误。在这里采用两种手段来减少设计错误，或减少设计错误造成的影响。少设计错误造成的影响。六、结束语六、结束语频频率率合合成成部部分分是是信信
18、号号源源的的关关键键。可可以以采采用用动动态态编编程程和和吞吞时时钟钟脉脉冲冲技技术术，提提高高了了软软件件的的处处理理效效率率，使使正正弦弦波波频频率率的的高高端端扩扩展展到到50kHz50kHz，步步进进1Hz1Hz。从从实实际际制制作作的的结结果果来来看看，各各方方面面的的指指标标可可达达到到指指标标要要求求，可可有有不不同同程程度度的的提高，也可证明该方案的正确性和可行性。提高，也可证明该方案的正确性和可行性。 整个系统还会得益于可编程逻辑器件和计算机模拟整个系统还会得益于可编程逻辑器件和计算机模拟等技术的应用，同时各种器件的灵活运用为最后的成功等技术的应用，同时各种器件的灵活运用为最
19、后的成功铺平了道路。铺平了道路。设计、实施方案的主要特色：设计、实施方案的主要特色： 采用单片机动态编程和吞时钟脉冲技术，现场生成正采用单片机动态编程和吞时钟脉冲技术，现场生成正弦波的弦波的DDFSDDFS（数字直接频率合成）波形数据，并存入外部数字直接频率合成）波形数据，并存入外部RAMRAM，提高了正弦波的工作频率。采用计数定时法控制输出方波提高了正弦波的工作频率。采用计数定时法控制输出方波的占空比，可保证调整精度。的占空比，可保证调整精度。七、参考文献七、参考文献1 1 高吉祥。电子技术基础实验与课程设计。北京：电子高吉祥。电子技术基础实验与课程设计。北京：电子工业出版社，工业出版社，200220022 2 彭介华。电子技术课程设计指导。北京：高等教育出彭介华。电子技术课程设计指导。北京：高等教育出版社，版社，199719973 3 毕满清。电子技术实验与课程设计。北京：机械工业毕满清。电子技术实验与课程设计。北京：机械工业出版社，出版社，20012001
