【摘 要】隨著素質(zhì)教育的不斷發(fā)展，高校的實(shí)驗(yàn)課時(shí)得到了大幅增加，這使得相關(guān)實(shí)驗(yàn)儀器的應(yīng)用更加頻繁，因此，我們結(jié)合實(shí)際情況，從信號(hào)源的應(yīng)用場(chǎng)合，成本等方面出發(fā)，以51系列單片機(jī)為主控芯片，以直接頻率合成技術(shù)為技術(shù)關(guān)鍵，設(shè)計(jì)了一款新型的低成本的專用于聲速測(cè)定實(shí)驗(yàn)的信號(hào)發(fā)生器。

【關(guān)鍵詞】聲速測(cè)定；信號(hào)發(fā)生器；直接頻率合成；單片機(jī)；正弦波

信號(hào)發(fā)生器的成本以及實(shí)用性越來(lái)越受到人們的重視。本文從信號(hào)發(fā)生器的成本以及具體實(shí)用性等方面做主要介紹，以STC89C52單片機(jī)為控制芯片，直接頻率合成技術(shù)為技術(shù)關(guān)鍵，結(jié)合聲速測(cè)定實(shí)驗(yàn)要求，給出了一種新型的專用于聲速測(cè)定的正弦信號(hào)源的設(shè)計(jì)方案，該信號(hào)源專用于產(chǎn)生36.8khz附近的正弦波，以滿足聲速測(cè)定實(shí)驗(yàn)要求。

1.總體設(shè)計(jì)方案

通過(guò)STC89C52單片機(jī)寫入仿真后的程序，控制DDS產(chǎn)生36.8KHZ附近的正弦穩(wěn)定信號(hào)，并依據(jù)旋轉(zhuǎn)編碼器原理，設(shè)定1HZ、10HZ、100HZ三個(gè)檔位，便于調(diào)整頻率值，使輸出信號(hào)更加精確。

2.硬件設(shè)計(jì)

專用信號(hào)發(fā)生器主要由四部分組成，電源模塊、單片機(jī)控制模塊、直接頻率合成模塊、顯示模塊。

圖1 系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

2.1電源模塊

設(shè)計(jì)電源需要完成將220v的交流電壓轉(zhuǎn)換為信號(hào)發(fā)生器需要的5v電源。

本系統(tǒng)是多電源系統(tǒng)，使用三種共地電源：+5V、+12V、-12V，其中：?jiǎn)纹瑱C(jī)、液晶顯示模塊、AD9850芯片等需要+5V的供電電壓，運(yùn)放芯片NE5532需要+12V、-12V的供電電壓。

2.2單片機(jī)控制模塊

為了節(jié)約成本，本電路中采用封裝44腳的STC89C52的單片機(jī)，他具有體積小，工作穩(wěn)定可靠，功耗低，抗干擾能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。本電路中主要使用了單片機(jī)的P0，P1，P2以及部分P3口，P0口主要是和液晶8位數(shù)據(jù)口相連接，以便對(duì)液晶進(jìn)行讀寫操作；P1口是與AD9850相連，對(duì)頻率，相位控制進(jìn)行控制。

2.3直接頻率合成模塊

DDS電路一般由參考時(shí)鐘，相位累加器，波形存儲(chǔ)器，D/A轉(zhuǎn)換器和低通濾波器組成由于該芯片中的直接數(shù)字頻率合成系統(tǒng)是一個(gè)全數(shù)字結(jié)構(gòu)的開(kāi)環(huán)系統(tǒng)，并且沒(méi)有反饋環(huán)路，因此ad9850的頻率轉(zhuǎn)換時(shí)間取決于頻率控制字的傳輸時(shí)間、低通濾波器及其他器件的頻率響應(yīng)時(shí)間；同時(shí)由于直接數(shù)字頻率合成系統(tǒng)采用了流水線結(jié)構(gòu)，頻率控制字傳輸時(shí)間的算法是流水線級(jí)數(shù)乘以時(shí)鐘周期，因此頻率控制字傳輸時(shí)間較短，加之低通濾波器的頻率轉(zhuǎn)換時(shí)間極短C一般可小于納秒量級(jí)），因此轉(zhuǎn)換時(shí)間較短，速率較快。

AD9850有40位控制字，32位用于頻率控制，5位用于相位控制，1位用于電源休眠（Powerdown）控制，2位用于選擇工作方式。這40位控制字可通過(guò)并行方式或串行方式輸入到AD9850，在串行輸入方式中，W_CLK上升沿把25引腳的一位數(shù)據(jù)串行移入，當(dāng)移動(dòng)40位后，用一個(gè)FQ_UD脈沖即可更新輸出頻率和相位。圖3.2.1是相應(yīng)的控制字串行輸入的控制時(shí)序圖。AD9850的復(fù)位（RESET）信號(hào)為高電平有效，且脈沖寬度不小于5個(gè)參考時(shí)鐘周期。AD9850的參考時(shí)鐘頻率一般遠(yuǎn)高于單片機(jī)的時(shí)鐘頻率，因此AD9850的復(fù)位（RESET）端可與單片機(jī)的復(fù)位端直接相連。

2.4斷電保護(hù)功能設(shè)計(jì)

選擇EEPROM的優(yōu)勢(shì)。

EEPROM的擦除不需要借助于其它設(shè)備，它是以電子信號(hào)來(lái)修改其內(nèi)容的，而且是以Byte為最小修改單位，不必將資料全部洗掉才能寫入，徹底擺脫了EPROM Eraser和編程器的束縛?；谄涔ぷ魈匦?，當(dāng)編碼器產(chǎn)生的頻率值輸送到單片機(jī)后經(jīng)單片機(jī)處理將數(shù)據(jù)發(fā)送到EEPROM和AD9850芯片，EEPROM對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行保存。當(dāng)系統(tǒng)斷電后編碼器產(chǎn)生的數(shù)值消失，而EEPROM中的數(shù)據(jù)不會(huì)丟失，系統(tǒng)再次通電后，單片機(jī)將會(huì)調(diào)用EEPROM中的數(shù)據(jù)繼續(xù)發(fā)送給AD9850芯片，從而輸出我們操作時(shí)期望的正弦波。從而對(duì)我們的產(chǎn)品進(jìn)行斷電保護(hù)。

3.編碼器的功能使用

采集輸入功能的編碼器程序。利用編碼器的功能原理，將其設(shè)為3個(gè)檔位。掃描電路，確認(rèn)編碼器按下后記錄連續(xù)按下的次數(shù)。連續(xù)按下一次時(shí)，檔位設(shè)為1HZ；當(dāng)連續(xù)按下次數(shù)為2時(shí)，檔位設(shè)為10HZ； 當(dāng)連續(xù)按下次數(shù)為3時(shí)，檔位設(shè)為100HZ。將旋轉(zhuǎn)編碼器設(shè)置為，順時(shí)針旋轉(zhuǎn)頻率增加逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)頻率下降。編碼器旋轉(zhuǎn)時(shí)每動(dòng)一次變化相應(yīng)的檔位值，并且將頻率范圍限定在36KHZ～38KHZ。頻率等于36KHZ時(shí)，再逆勢(shì)時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)頻率保持36KHZ不變；頻率等于38KHZ，再順時(shí)針轉(zhuǎn)頻率保持38KHZ不變。把頻率調(diào)節(jié)范圍縮小在實(shí)驗(yàn)所需要的36.8KHZ附近，做到專器專用節(jié)省資源。編碼器調(diào)節(jié)不同于傳統(tǒng)信號(hào)發(fā)生器的機(jī)械調(diào)節(jié)不僅方便操作調(diào)節(jié)，還不會(huì)產(chǎn)生機(jī)械損耗及影響實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)確性。

4.結(jié)語(yǔ)

我們致力于研制一款專門用于聲速測(cè)定實(shí)驗(yàn)的信號(hào)發(fā)生器，專器專用。新型信號(hào)發(fā)生器不僅可以方便操作還可以提高實(shí)驗(yàn)精度及降低實(shí)驗(yàn)成本，對(duì)聲速測(cè)定實(shí)驗(yàn)的推廣起到積極作用。

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