《电子系统设计课程设计》报告--波形发生器.doc

电子系统设计课程设计项目设计书项目名称 波形发生器小组成员1 *小组成员2 *专 业 电子信息科学与技术任课教师 *成都理工大学信科院电子系2013年 6月l 项目名称及其应用背景 在波形发生器是一种广泛运用于电子电路、自动控制和科学实验等领域的信号源，很多现代电子设备和系统的功能和性能直接依赖于信号源的性能，所以高品质的波形发生器渐渐的显现出了它的重要地位，传统的波形发生器一般只产生正弦波、方波、三角波等，但随着科技的发展，对各种各样的波形都产生了需求，在特定的场合还会需要有任意波形的产生。而波形的产生方法也在不断进步中，由以前的分离元件搭建振荡电路，到集成器件，再到频率合成技术的出现，产生的波形品质在不断的提高，频率范围、稳定度，分辨率等都有巨大的提升。l 项目设计需求设计制作一个波形发生器，该波形发生器能产生正弦波、方波、三角波和由用户编辑的特定形状波形。示意图如图1.3.5所示。图1.3.5 波形发生器方框图l 设计方案技术方案分析波形的产生方案：方案一：用分离元件构成RC振荡器，然后再经波形变换输出正弦波、三角波和方波，该方案的缺点是：要做的输出频率可调且步进100、输出频率范围100200k，需要十位的数字电位器，在进行三种波形的线性组合时要用三组器件分别产生三种波形再用摸拟方式进行叠加，结构复杂调试难度较大。方案二：采用集成波形发生器芯片，该方案的好处是频率可以做很高，范围也可以很宽，比如MAX038,频率范围为0.1Hz-20MHz,且能很方便的进行调幅，波形的稳定度较高，能产生正弦波、三角波、锯齿波和方波，但缺点是只有一个输出端口，不能进行各种波形的线性组合。方案三：采用微处理器（如MSP430）的PWM输出，再进行低通滤波生成波形，由于是数字方式，可以很方便的产生任意波形，且不用外接DA,但由于微处理器能提供的时钟频率经该方案生成的波形频率范围不大，且需要一直占用微处理器的逻辑算数单元，便不能再对键盘和显示器件等进行控制了，所以对于该项目的指标很难达到。方案四：采用直接数字合成技术（DDS）,该方法能方便的合成任意波形的信号，且频率范围宽，分辨率高，如AD9850能产0.0291Hz-50MHz的信号，分辨率高达0.0291Hz，但一般芯片只产生正弦波，且性能富余太多。方案五：采用微处理器（如MSP430）加DA模拟DDS的原理产生波形， 由于是数字方式，可以很方便的产生任意波形，但需要一直占用微处理器的逻辑算数单元，便不方便再对键盘和显示器件等进行控制了，但可以采用一个微处理器产生波形，一个微处理器控制。综合几种方案的优缺点，我们选择了第五种方案，经分析，认为只要时序把握的好就可以实现一个微处理器既产生波形又控制。l 系统设计框图及原理阐述1. 系统功能框图显示部分分 （1602）DA控制幅值按键部分控制器MSP430F149功率放大及输出输出DA转换波形输出（产生波形）滤波部分2. 系统电路图l 波形输出电路：430预先储存好波形数据，然后通过内部计时器触发波形数据输出到DA转换器，转换成模拟波形。以下是电路图:l 幅值调整电路分析：幅值控制也是以DA来实现键控，检测按键调整430输出的数据，实现输出电压变化，以作为波形电路DA的参考电压。以下是电路：l 控制部分：采用MSP430F149最小系统以下是电路：l 滤波部分：由于DA的量化误差和转换台阶的存在，输出波形不平滑，其中转换台阶误差主要是高频信号，所以需要采用低通滤波器将高频分量滤掉。二阶低通有源滤波器就能达到效果。以下是电路：l 按键部分：采用五个独立按键，可以控制输出波形选择，模式转换，频率调节，幅值调节；想要按键工作稳定需要加上拉电阻，还要消抖，消抖可以软件实现，也可以再按键两端并联一个电容硬件实现。以下是电路：l 显示部分：采用液晶1602显示输出波形、幅值、频率，也方便键控调整。l 功率放大部分：由于输出为滤波器运放输出端，输出电阻很小，但是输出电路也很小，驱动能力不强，想要增加驱动能力，需要增加驱动电路来放大电流信号。电路图如下：l 稳幅部分：由于电路存在各种噪声和影响，会导致输出波形的不准确和不稳定，所以需要添加负反馈。采用MSP430F149内部AD采集输出波形峰值，然后和键控数据比较，反馈到微处理器实现负反馈，保证输出波形的稳定和键控的准确。l 程序设计详见附页l 系统检测数据 试验或测试方案说明1波形产生的测试：输出接示波器，看能否输出三种波形。2 输出峰峰值步进0.1mv:用按键改变输出的峰峰值，输出接示波器，看能否达到0.1mv的步进。3 频率100Hz20kHz，步进100Hz:接示波器，看是否达到指标。4负载特性的测试：负载接在100+测量输出的变化。此次测试我们采集了图片，一下是部分波形图片： 方波 三种波形叠加 方波 正弦波l 结论与系统设计感想该课程设计其实是一个全国高等电子设计大赛的题目，做之前我们首先查阅了很多相关资料，熟悉了解了DDS芯片的原理框架和实现过程，并且针对具体设计方案我们进行了多次讨论很合理论证，最终选定了此方案，选定方案后，我们又根据方案选定具体元件的型号，然后我们就分工，一部分做软件，一部分做硬件。在做的具体过程中会遇到一系列实际问题，我们也会互相探讨想办法解决。总之经过这次课程设计我们学到了很多东西，一个系统前期必须要有资料的收集过程和方案讨论过程，根据具体指标和硬件成本等角度考虑敲定最终方案，在做系统的过程当中也