信号源的设计和制作.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,YANGTZE NORMAL UNIVERSITY,信号源的设计和制作,课程目的：,培养学生查阅资料的能力。,培养学生工艺素质。,培养学生市场素质。,培养学生团队精神。,5.,培养学生综合设计和实践能力。,课程设计要求：,制作出能切实可行的实物信号源,4,周开始至,14,周结束,3.15,周课程设计答辩,(,交作品与设计报告,),4.,可自选或自命题,5.,注重结果同时更注重过程,二、技术指标,1,基本要求,（,1,）,正弦波信号源,1,）,信号频率：,20Hz20kHz,步进调整，步长为,5Hz,2,）,频率稳定度：优于,10,-4,（,2,）脉冲波信号源,1,）,信号频率：,20Hz20kHz,步进调整，步长为,5Hz,2,）,上升和下降时间：,1,u,s,3,）,脉冲占空比：,2%98%,步进可调，步长为,2%,一、任务,在给定电源电压条件下，设计并制作一个正,弦波和脉冲波信号源。,（,3,）,上述两个信号源公共要求,1,）,频率可预置,2,）,在负载为,600,时输出幅度为,3V,3,）,完成,5,位频率的数字显示,2,发挥部分,（,1,）正弦波和脉冲波频率步长改为,1Hz,。,（,2,）,正弦波和脉冲波幅度可步进调整，调整范围,100mV3V,，,步长为,100mV,。,（,3,）,正弦波和脉冲波频率可自动步进，步长为,1Hz,。,一、,总体方案,设计制作一个能产生正弦波和脉冲波信号源。要求信号频率在,20Hz20kHz,范围内能程控步进调整，脉冲波的占空比在,2%98%,之间能程控步进可调，且性能良好，满足指标。,1,方案比较,（,1,）正弦波产生,方案一：采用单片函数发生器（,8038,），,8038,可同时产生正弦波、脉冲波，方法简单，用,D/A,转换器的输出来改变调整电压，也可以实现数控调整频率，但步长难以满足要求，且频率稳定度不高。,方案四：采用单片机控制动态生成程序。该方法引入动态编程和吞时钟技术，使用,8031,便可产生,50kHz,的正弦波，能达到指标要求。单片机在此不仅是控制器，还是信号发生器，用软件产生正弦波，使硬件开销达到最省。,方案二：采用锁相式频率合成器，利用锁相环，将压控振荡,器（,VCO,）,的输出频率锁定在所需频率上，该方案性能良好，,但难以达到输出频率覆盖系数的要求，且电路复杂，不适于,产生低频信号。,方案三：采用直接数字频率合成器（,DDS,），,可用硬件或软件,实现。即用累加器按频率要求对相应的相位增量进行累加，,再以累加相位值作为地址码，取存放于,ROM,中的波形数据，,经,D/A,转换、滤波即所得需要波形。方法简单，频率稳定度高，,易于控制。,（,2,）方波的产生,方波可由正弦波整形得到，关键是如何控制占空比，对此有几种方案。,方案一：由,D/A,转换器产生占空比相应的电压，将之与正弦信号进行比较就可得到所需占空比方波。但这种方法精度较差，难以达到,2%,的步进要求。,方案二：先把正弦波变换为锯齿波或三角波，然后进行比较。这样一来虽然可以提高精度，但电路复杂，成本高，调试也困难。,方案三：采用计数定时方法，先将正弦波变换为方波，再用它的上升沿触发一计时电路，该电路在计时期间输出为高电平，计时终止后输出为低电平，该输出波形即为所需要波形。这种方法计时精度高，成本低。,2,实施方案,根据以上分析，选用如下方案。,（,1,）正弦波产生,800Hz,以下的正弦波产生采用软件相位累加,DDS,方案来实现。,800Hz50kHz,的正弦波采用动态生成程序的方法来实现。,（,2,）方波的产生,方波由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术。,二、硬件系统,信号源的硬件系统框图如图所示。下面将分别介绍各组成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,82C53,DAC0808,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，它既是协调整机工作的控制器，又是波形数据的产生器。,单片机系统,吞,脉冲,GAL,（,4,）由,2-4,译码器,74LS139,和,GAL16V8,组成译码电路。,（,1,）由单片机,80C32,（,内部,RAM,为,256Byte,）、,程序存储器,EPROM27C128,和地址锁存器,373,构成最小系统。,单片机80C32,（,2,）由,RAM6264,构成动态程序存储器，将,80C32,的,/PSEN,接,6264,的,/RD,，,它既占据,8K Byte,的程序存储器空间，同时又占据,8K Byte,的数据存储器空间。,动态程序存储器,6264,（,3,）由可编程键盘、显示接口芯片,82C79,构成的键盘显示电路，,82C79,用中断方式与,80C32,通信。,功能键：,Enter,、,Stop,、,A,、,K,、,Auto,+,、,Auto,-,，,正弦波,/,脉冲波,数字键：,0,9,系统复位键：,Reset,（,不由,82C79,控制）,键盘显示,82C79,整机系统地址分配如下：,27C128,：,0000H,3FFFH,的程序存储空间,6264,：,6000H,7FFFH,的程序和数据空间,82C53,：,4000H,5FFFH,DAC0832,：,A000H,BFFFH,82C79,：,E000H,FFFFH,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,82C53,DAC0808,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,LM311,和计数定时电路构成，计数定时电路采用程控计数器,82C53,实现。正弦波经,LM311,比较器后，变为方波，其上升沿触发,82C53,的,GATE1,，,开始计数并输出低电平，,82C53,计满后输出高电平，改变,80C32,预置,82C53,的计数初值就可使输出方波的占空比改变。,82C53,输出经,74HC14,反相，进入,DAC0832,幅度控制。,正弦波形成电路,:,D/A,转换器将,80C32,的,P1,口送来的数据，变换成阶梯正弦波，再经滤波器滤波后送入,LM311,和,CD4051,，经,DAC0832,进行幅度调整，,NE5532,驱动后输出。,D/A,转换器由建立时间为,150ns,的,DAC0808,实现，,DAC0808,的基准电压由稳压块,7805,提供。,主振电路产生,36MHz,的时钟信号，吞时钟脉冲电路是可控分数维分频器，它为,80C32,提供时钟信号。用,ABEL,编程,GAL,，,使完成,3,分频工作，当,C36,或,C6,端有跳变时，就在,36,个晶振时钟吞掉一个或,6,个时钟脉冲。其中,C36,、,C6,端由,80C32,的,P3.5,、,P3.1,控制。,这样方波输出就为,0V,或,5V,，,进入,DAC0832,幅度控制，再经驱动后输出。同时考虑到占空比为,2%,和,98%,的方波波形正好反相，,4%,和,96%,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,50%,的方波在,74HC14,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。,三、调试过程,1,使用的仪器与仪表,PC,机，,386DX40,，,5M,内存,数字频率计，,8610A,型,MICE51,仿真器,XD,低频信号源,20MHz,双踪示波器,真空管毫伏表，,DYC5,BSIA,失真度测量仪,890,型数字万用表,JWY30F,稳压电源,2,调试经验,调试过程是发现错误、改正错误的过程。能够越早地发现错误，纠正它的代价就越小。错误可以分为：系统方案错误；系统设计错误；系统实现错误。,系统方案错误是致命的，如果在制作后期才发现它，几乎就没有挽救的办法。,为避免方案错误，在设计前要进行周密的方案论证。这时要查找大量的文献资料，必要时开发部分原型或进行计算机模拟。例如，这个系统在选择方案时，不知道动态编程能否满足频率要求。可以用穷举法结,800Hz,到,50kHz,逐个频率点进行验证，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，例如验证滤波器的特性，而且模拟的结果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,GAL,，,这样在发现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；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，或减少设计错误造成的影响。,四、结束语,频率合成部分是信号源的关键。可以采用动态编程和吞时钟脉冲技术，提高了软件的处理效率，使正弦波频率的高端扩展到,50kHz,，,步进,1Hz,。,从实际制作的结果来看，各方面的指标可达到指标要求，可有不同程度的提高，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等技术的应用，同时各种器件的灵活运用为最后的成功铺平了道路。,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，现场生成正弦波的,DDFS,（,数字直接频率合成）波形数据，并存入外部,RAM,，,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。,