实例介绍
【实例简介】
设计制作一个波形发生器，该波形发生器能产生正弦波 三角波 方波 和 特定形状的波形.
度较差、精度低、抗干扰能力低、成本也咼:而且灵活性较差,不能实现任意波形以及波形运算 输出等智能化的功能。 方案二:用锁相式频率合成方案。锁相式频率合成是将一个高稳定度和高精确度的标 准频率絰过加减乘除的运算产生同样稳定度和精确度的大量离散颏率的技术,它在一定程度 上解决了既要频率穩定精确、又要频率在较大范围可变的矛盾。但频率受ⅴco可变颎率范围 的影响,高低颊率比不可能做得很高,而且只能产生方波或正弦波,不能满足任意波形的要求。 方案三:米用DFS,即直接数字频率合成方案。这是日前实际应用的任意波形发生器常 采用的方案。 2.方案论证 (1) DDFS原理DD的基本原理框图如图1-1-1所示。 输出波形的一个完整的周期、幅度值都被顺序 地存放在RAM中。当RAM的地址变化时,DAC将 DA输出 此波形数据转换成电压波形,此电压波形的频率与产生 RAM RtAM地址变化的速率成正比。DDFs发生器使用了 D基准输出 相位累加技术来控制波形在RAM中的地址。它用 个加法器代替计数器来产生RAM的顺序地址。 在每一个时钟周期,存储于相位递增寄存器(PR 图1-1-1 Phase increment register,中的常数都被加到相位累加 器的当前结果上。相位累加器输出的最大有效位数被用来确定波形在RAM中的地址。 通过改变P的常数,便改变了每个周期中的点数,而这些点数正是用来改变整个波形的 率。当一个新的PR常数被存进寄存器,波形的输出频率便随下一个时钟周期连续地改变 相位。相位累加器淂依据rR中存储的常数来改变RAM的地址,若PIR数值很小即频率较 低累加器便一步一步地经过每个RAM地址。当PR的值较大时,相位累加器将跳跃某些 RAM地址。因此,随着频率的增加,每个波形周期中的输出采样点数将诚少。实际上,在不同 频率的波形中,每个周期给出的点数是不同的。 (2)DDFs的特点 ⑩pDs的頻率分辨率在相位累加器的位数N足够大时,理论上可以获得相应的分辨精 度,这是传统方法难以实现的。 ②由于DDF中无需相位反馈控制,频率建立及颊率切换快,并且与频率分辨率、频谱纯 度相互独立,这一点明显地优于PPL。 ③DDS的相位误差主要依赖于吋钟的相位特性,相位误差小。另外,DDFS的相位是连 续变化的,形成的信号具有良好的频谱,这是传统的直接频率合成方法无法实现的。 ④DDFS的失真度除受D/A转换器本身的噪声影响外与离散点数N和D/A字长有着密 切关系,设q为均匀量化间隔,则其近似数学关系为 ThD y/* 6 /)-1×10% 按上式计算,当取样点数为1024点时,失真度约为0.260%。在最高输出频率取样点数为32 点,量化级数为256时,失真度约为5676%已经足够小了,可以满足系统的要求。 综合以上分析,DDFs方案是完成此题目要求的最佳方案 二、系统设计 1.总体设计 (1)系统框图如图1-1-2所示。 2)模块说明 ①波形产生电路: 液晶显示 波形存储 用EPID控制DDFS电 看「狗电路 路,从存储器读出波形 EPLD 效形产生 输出级 数据,把数据交给D/A键盘控制 单片机 控制电路 转换器进行转换得到模 拟波形 屏轴入 幅度 ②键盘翰入模块: 谱分析输出 拌制 用8279控制4×4键盘, 8279得到键盘码,通过 图-1-2 屮断服务程序把键盘信 息送给单片机。此方案不用单片机控制键盘,使单片杌可以腾出更多资源。 ③液晶显示模块:采用液晶昰示可以显示很多信息,接口电路简单,控制方便 ④仟意波形输入模玦:采用触摸屏将手写的任意波形的颚据从单片机串口送入系統,也 可通过具有Rs232接口的外设输入波形数据,供单片机处理。 ⑤波形AD采集模块:用MAX574,以10k速率对输入信号进行采集。 ⑥颏谱分析模块:采用高效实序列F算法计算采样信号的频谱。 ⑦单片机控制模玦:系统的主控制器,控制其他模块协调工作。 各模块设计及参数计算 (1)频率参数计算、EPID设计题目要求波形频率范围为100H~200kHz,步进 ≤100H为使频率范围扩展到200kHz,步进达到1H2,根据 f feil 因此选取的时钟频率必须为2MH。另外要保证200kH以上时,取样点数不小于32点,以减 小失真,这样时钟频率必人于6.4M。综合考虑,选取相位累加器时钭频率8,388MHz,相 位累加器位数为23位,频率步进为 斤=838x=1出 相位增量寄存器为18位则最高输出频率为 IR 262.125kH 最低输出频率为1Hz D/A转换器的转换时间为100m,可以保证在输出频率为262MH时,输出32个样点。用 EPD芯片作为控制电路输出地址,从存储器读出数据送到D/A转换器。EPLD芯片迭择了 EwMl28SC8-15,在8.388M频率下,时延影响可忽略。为节省单片机的输出管脚,采用 串行输入的方式对EPD进行控制。 控制电路的设计用VHDL语言实现。原理框图如图1-1-3所示。 RAT 串行输入 40位移位寄存器 TXD 幅值寄存器 周期记数预设值 相位加步长 RXD 寄存器 11位 清零 微分器 8 周期计数器 24位相位累加器 片选 ADA数据 三态级冲物出器 FRAM地址 图1-1-3 (2)幅度控制、双D∥A设计双A转换是实现幅度可调和任意波形输出的关键,第一 级D/A的输出作为第二级DA转换的参考电压,以此来控制信号发生器的输出电压。D/A转 换器的电流建立时间将直接影响到输出的最高频率。本系统采用的是DACT8,电流建立时 间为100ns,在最高频率点,个周期输出32点,因此极限频率大概是300kHz2本系统的设计 为250k。幅度控制用g僮D/A控制,最高峰-峰值为12.7ⅴ因此嗝度分率为.lV。 (3)滤波、缓冲输出电路图1-1-4股计D/A输出后,通过滤波电路、输出缓冲电路, 使信号平滑且具有负载能力。 二阶巴特沃有源低通滤波器设计 正弦波的输出频率小于262kHz,为保证262kH频带内输出嗝度平坦,又要尽可能抑制谐 波和高噪声,综合考虑取 R1-1k,R2=1k,C1:100pF,C100pF 运放选用宽带运放IF51,用 Electronics Workbench分析表明:截止频率约为IMHz,22 kHz以内幅度平坦。 为保证稳幅输出,选用AD817,这是一种低功耗、高速、宽带运算放大器,具有很蛋的大电 流驱动能力。实际电路测量结果表明:当负载100Ω、输出电压峰-峰值10V时,带宽大于 500kHz嗝度变化小于±1%。 (4)液晶显示、键盘输入我们的显示单元是用点阵液晶显示模块。该ICD模块是由 ICD驱动器、LCD控罰器、少量电阻电容以及ICD屏组成,具有质量轻体积小、功耗低、显示 1kV± 0 O!HE RELAY-SPDT InO 33μF 6 RI 5 lko 1 ko A317 100 pF LE351 OlF 33}F 内容丰富指令功能强可组合成各神输λ、显示、移位方式接口简单方便〔可与8位徵处理 器或控制器相连〕有8×8bit的RAM可靠性高等优点。 键盘输入模块罘用879控制4×4阵列键盘,罘用扫描方式由879得到鍵盘码,并由中断 服务程序把数据送给单片机。此方案不用单片机扫描,占用资源少。 (5)单片机最小系统本系统程序代码比较长,约二十几k,使用 PHILIPY公司的89C58 单片机,片内有32kb程序ROM,不必扩展外部ROM。 本程序需要的RM也是比较大,以进行效据采集、波形存储·FF运算、失真度分析等操 作,本系统扩屐了32k外部SRAM。为了方便单片机和EFLD存取数据,采用双端口RAM。 (6)任意波形输入 方法一:以触摸屏作为前向通道,采集用户在触摸屏上绘制的波形,并将其存储和显示。 触貘屏和单片机之间通过串口迷行数据传输,波特率为9600H当触摸屏被触及时,它便将 被触及点的坐标值进行适当的编码,并打包传给单片机,单片机接收到数据后,对接收到的数 据进行适当的处理,然后存储起来,这样就完成了一次波形的输入操作 方法二:通过串行RS232接口,实现与任何带Rs232接口的输入设备连接。只要外部通过 RS232接口,向单片机发来数据,即可实现波形的输入 (7)掉电存储对用户输入波形的存储,由于要求掉电不丢失数据,因此我们采用EEP rOM28]7作为存储器件,2817操作简单,易于实现于与单片机的连接。其片选、读允许、写允 许信号均与普通RAM接法相同。在写操作时,单片机对其RDY信号进行查询,有效則继续写 入,无效则等待。每次输出波形之前,先对波形进行存储。 (8)对AD信号采样进行频谱分析采样选用12位AD转换器MAX574,其转换时间为 25,考虑到存储及中断调用等时间,选择采样中断时间为100s,这样采样频率为I0kHz 根据奈奎斯特抽样定理,能够在不发生混叠的情况下对5kHz以下的信号进行FFT变换。因 此,在输入的前级加了一级截止频率为5kHz的有源低通滤波器 3.软件系统 (1)流程图如图1-1-5所示。 (2)波形发生程序和波形回放程序本系统釆取根据输出波形参数实时计算波形样值, 开始 初始化 系统族复程序Y 恢复再统? N 从键盘选择功能 基本功能 被形组合 任意菠形 「形冇储 选择类型输出波形选择波彩组合类型选类型 0,1 p 输入频率幅度 触摸屏 回放 输入频率幅度描输出A样鞫入存健 入与EROM 存储中的波形 输入占空比 周期数 回放 选择类型 EPROM 输入比例體 中的波形 根据功能号种类 号选择处理程序 回放 EPROM 种基谐波的 组合产生程序 回放 失真度/颗进/中的變形 分 分板 EPROM 正弦波方波、三角 波、锯齿波产生程序 中的波形 返回 图1-1-5 把样值存入RAM,由ED控制读出。它可以灵活地输出任意波形,以及波形的任意組合。 3)AD采样输入与存储程序、触摸屏输入与存储程序 〔4)频谱分析程序用数字信号处理的方法,通过离散傳里叶变换求出频谱。为了减少 运算量,采用实序列FF算法。一个2N点的实序列通过一个N点复序列的FFI和一些简单 运算就可以完成。 4.系统设计图图1-1-6) 】 § t a heaedaaisceie 5日三s 1 果云227习 LLu LL 面泪e 别力 g了军 但量日P日上E 惠至望 踺FE歪卧l 变卫之飞卫安安画甜器孟国盛 力历升力肋 让 三、调试 根据方案设计的要求,调试过程共分三大部分:硬件调试、软件调试和软硬件联调。 电路按模块调试,各模块逐个调试通过后再联调。单片机软件先在最小系统板上调试,确 保外部EPOM及RAM工作正常之后,再与硬件系统联调 1.硬件调试 (1)EPID控制电路的调试调试时,使用逻辑分析仪,分析EPLD输入输岀,可以发现时 序与仿真结果是否有出入,便于找出硬件电路中的故障 (2)高频电路抗干扰设计EPID的时钟频率很高,对鬧围电路有一定影响。我们禾取了 些抗干扰措施。例如引线尽量短,减少交叉,每个芯片的电源与地之间都接有去耦电容,数 字地与模拟地分开。实践证明,这些措施对消除某些引脚上的“毛刺”及高频噪声起到了很好 的效果。 3)运算放大器的选择由于输出颎率达到几百千赫兹,因此对放大器的带宽有一定要 求。所以,在调试滤波电踣和缓冲输岀电路时,都选择了高遽宽带运放。 2.软件调试 本系统的软件系统很大,全部用C51来编写,由于一般仿真器对C51的攴持都有一定的缺 陷,软作调试比较复杂。除了语法差错和逻辑差错外,当确认程序没问题时,通过直接下载到 单片机来调试。采取的是自下到上的调试方法,即单独调试好每一个模块,然后再连接成一个 完整的系统调试 3.软硬联调 该系统的软件和硬件之间的联系不是十分紧密,一殷是软件计算完毕之后,将数据存入 RAM然后由ELD控制读出RAM中的数据,从而产生波形。因此在软硬件都基本调通的情 況下,系统的软硬件联调难度不是很大。 四、指标测试 ,测试仪器 频率计: SAMPO CN3165 交流有效值测试表H341 存储示波器: agilent54622D 示波器: Hitachi-1060 指标测试 (1)输出波形频率范围测试测试数据如下表 输出频率/Hz 预置频率/Hz 鱼载电阻/ 正弦波 方波 三角波 1.0002 1,0X02 1,0002 100 10.003 10。CT3 0003 100 100,02 I. 2 100 200 20.050 200.5 20.05 100 1000.2 1000.2 lm0.2 100 2000 000.5 200.5 2m5 100 10 o2 1002 100me 100 20000 20005 2005 20005 100 l020 10002 102 200000 20000 200050 50 250070 250070 25000 I00 由表可以看出,在频率稳定度方面,正弦波、方波、二角波在带负载的情况下均十分稳定, 这正是体现了DDFS技术的特点,输出频率稳定度和品振稳定度在同一数量级。 (2〕输出波形幅度范围测试在250kH正弦波条件下,测得的输出幅度数据如下表 输出幅度(负载电阻97) 验出幅度(负载电阻∞) 负载变化率 预置幅度/V 有效值峰-峰值~有效值|峰-峰值v 0.I 0.035 0.098 0.035 0.U%0 0 0.5 0.176 0.物772 0.177 0.500550 0.56 0353 0998284 0.354 1.001112 0.28 1.5 0.529 1.4960I2 0.531 1.50l668 2.0 0706 199656g 0.70g 2.D02224 0.28 5.0 l,765 4,99I420 1.76s 4991420 0 100 3.535 999 3.543 009604 0.23 由表可见,在电压稳定度方面:电压的绝对值和预置值之差,及带载和不带载情况下输出 电压之差均符合题目要求。 五、结论 我们设计的系统不仅完成了题目的基本功能、基本指标,而且有了很大的发挥,现将题目 要求指标及系统实际性能列表如下: 【实例截图】
【核心代码】
设计制作一个波形发生器，该波形发生器能产生正弦波 三角波 方波 和 特定形状的波形.
度较差、精度低、抗干扰能力低、成本也咼:而且灵活性较差,不能实现任意波形以及波形运算 输出等智能化的功能。 方案二:用锁相式频率合成方案。锁相式频率合成是将一个高稳定度和高精确度的标 准频率絰过加减乘除的运算产生同样稳定度和精确度的大量离散颏率的技术,它在一定程度 上解决了既要频率穩定精确、又要频率在较大范围可变的矛盾。但频率受ⅴco可变颎率范围 的影响,高低颊率比不可能做得很高,而且只能产生方波或正弦波,不能满足任意波形的要求。 方案三:米用DFS,即直接数字频率合成方案。这是日前实际应用的任意波形发生器常 采用的方案。 2.方案论证 (1) DDFS原理DD的基本原理框图如图1-1-1所示。 输出波形的一个完整的周期、幅度值都被顺序 地存放在RAM中。当RAM的地址变化时,DAC将 DA输出 此波形数据转换成电压波形,此电压波形的频率与产生 RAM RtAM地址变化的速率成正比。DDFs发生器使用了 D基准输出 相位累加技术来控制波形在RAM中的地址。它用 个加法器代替计数器来产生RAM的顺序地址。 在每一个时钟周期,存储于相位递增寄存器(PR 图1-1-1 Phase increment register,中的常数都被加到相位累加 器的当前结果上。相位累加器输出的最大有效位数被用来确定波形在RAM中的地址。 通过改变P的常数,便改变了每个周期中的点数,而这些点数正是用来改变整个波形的 率。当一个新的PR常数被存进寄存器,波形的输出频率便随下一个时钟周期连续地改变 相位。相位累加器淂依据rR中存储的常数来改变RAM的地址,若PIR数值很小即频率较 低累加器便一步一步地经过每个RAM地址。当PR的值较大时,相位累加器将跳跃某些 RAM地址。因此,随着频率的增加,每个波形周期中的输出采样点数将诚少。实际上,在不同 频率的波形中,每个周期给出的点数是不同的。 (2)DDFs的特点 ⑩pDs的頻率分辨率在相位累加器的位数N足够大时,理论上可以获得相应的分辨精 度,这是传统方法难以实现的。 ②由于DDF中无需相位反馈控制,频率建立及颊率切换快,并且与频率分辨率、频谱纯 度相互独立,这一点明显地优于PPL。 ③DDS的相位误差主要依赖于吋钟的相位特性,相位误差小。另外,DDFS的相位是连 续变化的,形成的信号具有良好的频谱,这是传统的直接频率合成方法无法实现的。 ④DDFS的失真度除受D/A转换器本身的噪声影响外与离散点数N和D/A字长有着密 切关系,设q为均匀量化间隔,则其近似数学关系为 ThD y/* 6 /)-1×10% 按上式计算,当取样点数为1024点时,失真度约为0.260%。在最高输出频率取样点数为32 点,量化级数为256时,失真度约为5676%已经足够小了,可以满足系统的要求。 综合以上分析,DDFs方案是完成此题目要求的最佳方案 二、系统设计 1.总体设计 (1)系统框图如图1-1-2所示。 2)模块说明 ①波形产生电路: 液晶显示 波形存储 用EPID控制DDFS电 看「狗电路 路,从存储器读出波形 EPLD 效形产生 输出级 数据,把数据交给D/A键盘控制 单片机 控制电路 转换器进行转换得到模 拟波形 屏轴入 幅度 ②键盘翰入模块: 谱分析输出 拌制 用8279控制4×4键盘, 8279得到键盘码,通过 图-1-2 屮断服务程序把键盘信 息送给单片机。此方案不用单片机控制键盘,使单片杌可以腾出更多资源。 ③液晶显示模块:采用液晶昰示可以显示很多信息,接口电路简单,控制方便 ④仟意波形输入模玦:采用触摸屏将手写的任意波形的颚据从单片机串口送入系統,也 可通过具有Rs232接口的外设输入波形数据,供单片机处理。 ⑤波形AD采集模块:用MAX574,以10k速率对输入信号进行采集。 ⑥颏谱分析模块:采用高效实序列F算法计算采样信号的频谱。 ⑦单片机控制模玦:系统的主控制器,控制其他模块协调工作。 各模块设计及参数计算 (1)频率参数计算、EPID设计题目要求波形频率范围为100H~200kHz,步进 ≤100H为使频率范围扩展到200kHz,步进达到1H2,根据 f feil 因此选取的时钟频率必须为2MH。另外要保证200kH以上时,取样点数不小于32点,以减 小失真,这样时钟频率必人于6.4M。综合考虑,选取相位累加器时钭频率8,388MHz,相 位累加器位数为23位,频率步进为 斤=838x=1出 相位增量寄存器为18位则最高输出频率为 IR 262.125kH 最低输出频率为1Hz D/A转换器的转换时间为100m,可以保证在输出频率为262MH时,输出32个样点。用 EPD芯片作为控制电路输出地址,从存储器读出数据送到D/A转换器。EPLD芯片迭择了 EwMl28SC8-15,在8.388M频率下,时延影响可忽略。为节省单片机的输出管脚,采用 串行输入的方式对EPD进行控制。 控制电路的设计用VHDL语言实现。原理框图如图1-1-3所示。 RAT 串行输入 40位移位寄存器 TXD 幅值寄存器 周期记数预设值 相位加步长 RXD 寄存器 11位 清零 微分器 8 周期计数器 24位相位累加器 片选 ADA数据 三态级冲物出器 FRAM地址 图1-1-3 (2)幅度控制、双D∥A设计双A转换是实现幅度可调和任意波形输出的关键,第一 级D/A的输出作为第二级DA转换的参考电压,以此来控制信号发生器的输出电压。D/A转 换器的电流建立时间将直接影响到输出的最高频率。本系统采用的是DACT8,电流建立时 间为100ns,在最高频率点,个周期输出32点,因此极限频率大概是300kHz2本系统的设计 为250k。幅度控制用g僮D/A控制,最高峰-峰值为12.7ⅴ因此嗝度分率为.lV。 (3)滤波、缓冲输出电路图1-1-4股计D/A输出后,通过滤波电路、输出缓冲电路, 使信号平滑且具有负载能力。 二阶巴特沃有源低通滤波器设计 正弦波的输出频率小于262kHz,为保证262kH频带内输出嗝度平坦,又要尽可能抑制谐 波和高噪声,综合考虑取 R1-1k,R2=1k,C1:100pF,C100pF 运放选用宽带运放IF51,用 Electronics Workbench分析表明:截止频率约为IMHz,22 kHz以内幅度平坦。 为保证稳幅输出,选用AD817,这是一种低功耗、高速、宽带运算放大器,具有很蛋的大电 流驱动能力。实际电路测量结果表明:当负载100Ω、输出电压峰-峰值10V时,带宽大于 500kHz嗝度变化小于±1%。 (4)液晶显示、键盘输入我们的显示单元是用点阵液晶显示模块。该ICD模块是由 ICD驱动器、LCD控罰器、少量电阻电容以及ICD屏组成,具有质量轻体积小、功耗低、显示 1kV± 0 O!HE RELAY-SPDT InO 33μF 6 RI 5 lko 1 ko A317 100 pF LE351 OlF 33}F 内容丰富指令功能强可组合成各神输λ、显示、移位方式接口简单方便〔可与8位徵处理 器或控制器相连〕有8×8bit的RAM可靠性高等优点。 键盘输入模块罘用879控制4×4阵列键盘,罘用扫描方式由879得到鍵盘码,并由中断 服务程序把数据送给单片机。此方案不用单片机扫描,占用资源少。 (5)单片机最小系统本系统程序代码比较长,约二十几k,使用 PHILIPY公司的89C58 单片机,片内有32kb程序ROM,不必扩展外部ROM。 本程序需要的RM也是比较大,以进行效据采集、波形存储·FF运算、失真度分析等操 作,本系统扩屐了32k外部SRAM。为了方便单片机和EFLD存取数据,采用双端口RAM。 (6)任意波形输入 方法一:以触摸屏作为前向通道,采集用户在触摸屏上绘制的波形,并将其存储和显示。 触貘屏和单片机之间通过串口迷行数据传输,波特率为9600H当触摸屏被触及时,它便将 被触及点的坐标值进行适当的编码,并打包传给单片机,单片机接收到数据后,对接收到的数 据进行适当的处理,然后存储起来,这样就完成了一次波形的输入操作 方法二:通过串行RS232接口,实现与任何带Rs232接口的输入设备连接。只要外部通过 RS232接口,向单片机发来数据,即可实现波形的输入 (7)掉电存储对用户输入波形的存储,由于要求掉电不丢失数据,因此我们采用EEP rOM28]7作为存储器件,2817操作简单,易于实现于与单片机的连接。其片选、读允许、写允 许信号均与普通RAM接法相同。在写操作时,单片机对其RDY信号进行查询,有效則继续写 入,无效则等待。每次输出波形之前,先对波形进行存储。 (8)对AD信号采样进行频谱分析采样选用12位AD转换器MAX574,其转换时间为 25,考虑到存储及中断调用等时间,选择采样中断时间为100s,这样采样频率为I0kHz 根据奈奎斯特抽样定理,能够在不发生混叠的情况下对5kHz以下的信号进行FFT变换。因 此,在输入的前级加了一级截止频率为5kHz的有源低通滤波器 3.软件系统 (1)流程图如图1-1-5所示。 (2)波形发生程序和波形回放程序本系统釆取根据输出波形参数实时计算波形样值, 开始 初始化 系统族复程序Y 恢复再统? N 从键盘选择功能 基本功能 被形组合 任意菠形 「形冇储 选择类型输出波形选择波彩组合类型选类型 0,1 p 输入频率幅度 触摸屏 回放 输入频率幅度描输出A样鞫入存健 入与EROM 存储中的波形 输入占空比 周期数 回放 选择类型 EPROM 输入比例體 中的波形 根据功能号种类 号选择处理程序 回放 EPROM 种基谐波的 组合产生程序 回放 失真度/颗进/中的變形 分 分板 EPROM 正弦波方波、三角 波、锯齿波产生程序 中的波形 返回 图1-1-5 把样值存入RAM,由ED控制读出。它可以灵活地输出任意波形,以及波形的任意組合。 3)AD采样输入与存储程序、触摸屏输入与存储程序 〔4)频谱分析程序用数字信号处理的方法,通过离散傳里叶变换求出频谱。为了减少 运算量,采用实序列FF算法。一个2N点的实序列通过一个N点复序列的FFI和一些简单 运算就可以完成。 4.系统设计图图1-1-6) 】 § t a heaedaaisceie 5日三s 1 果云227习 LLu LL 面泪e 别力 g了军 但量日P日上E 惠至望 踺FE歪卧l 变卫之飞卫安安画甜器孟国盛 力历升力肋 让 三、调试 根据方案设计的要求,调试过程共分三大部分:硬件调试、软件调试和软硬件联调。 电路按模块调试,各模块逐个调试通过后再联调。单片机软件先在最小系统板上调试,确 保外部EPOM及RAM工作正常之后,再与硬件系统联调 1.硬件调试 (1)EPID控制电路的调试调试时,使用逻辑分析仪,分析EPLD输入输岀,可以发现时 序与仿真结果是否有出入,便于找出硬件电路中的故障 (2)高频电路抗干扰设计EPID的时钟频率很高,对鬧围电路有一定影响。我们禾取了 些抗干扰措施。例如引线尽量短,减少交叉,每个芯片的电源与地之间都接有去耦电容,数 字地与模拟地分开。实践证明,这些措施对消除某些引脚上的“毛刺”及高频噪声起到了很好 的效果。 3)运算放大器的选择由于输出颎率达到几百千赫兹,因此对放大器的带宽有一定要 求。所以,在调试滤波电踣和缓冲输岀电路时,都选择了高遽宽带运放。 2.软件调试 本系统的软件系统很大,全部用C51来编写,由于一般仿真器对C51的攴持都有一定的缺 陷,软作调试比较复杂。除了语法差错和逻辑差错外,当确认程序没问题时,通过直接下载到 单片机来调试。采取的是自下到上的调试方法,即单独调试好每一个模块,然后再连接成一个 完整的系统调试 3.软硬联调 该系统的软件和硬件之间的联系不是十分紧密,一殷是软件计算完毕之后,将数据存入 RAM然后由ELD控制读出RAM中的数据,从而产生波形。因此在软硬件都基本调通的情 況下,系统的软硬件联调难度不是很大。 四、指标测试 ,测试仪器 频率计: SAMPO CN3165 交流有效值测试表H341 存储示波器: agilent54622D 示波器: Hitachi-1060 指标测试 (1)输出波形频率范围测试测试数据如下表 输出频率/Hz 预置频率/Hz 鱼载电阻/ 正弦波 方波 三角波 1.0002 1,0X02 1,0002 100 10.003 10。CT3 0003 100 100,02 I. 2 100 200 20.050 200.5 20.05 100 1000.2 1000.2 lm0.2 100 2000 000.5 200.5 2m5 100 10 o2 1002 100me 100 20000 20005 2005 20005 100 l020 10002 102 200000 20000 200050 50 250070 250070 25000 I00 由表可以看出,在频率稳定度方面,正弦波、方波、二角波在带负载的情况下均十分稳定, 这正是体现了DDFS技术的特点,输出频率稳定度和品振稳定度在同一数量级。 (2〕输出波形幅度范围测试在250kH正弦波条件下,测得的输出幅度数据如下表 输出幅度(负载电阻97) 验出幅度(负载电阻∞) 负载变化率 预置幅度/V 有效值峰-峰值~有效值|峰-峰值v 0.I 0.035 0.098 0.035 0.U%0 0 0.5 0.176 0.物772 0.177 0.500550 0.56 0353 0998284 0.354 1.001112 0.28 1.5 0.529 1.4960I2 0.531 1.50l668 2.0 0706 199656g 0.70g 2.D02224 0.28 5.0 l,765 4,99I420 1.76s 4991420 0 100 3.535 999 3.543 009604 0.23 由表可见,在电压稳定度方面:电压的绝对值和预置值之差,及带载和不带载情况下输出 电压之差均符合题目要求。 五、结论 我们设计的系统不仅完成了题目的基本功能、基本指标,而且有了很大的发挥,现将题目 要求指标及系统实际性能列表如下: 【实例截图】
【核心代码】
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