海南醫(yī)學(xué)院生物醫(yī)學(xué)信息與工程學(xué)院 楊文蕊 朱佳欣 張航行 鄭 蘭 吳曉玲

隨著現(xiàn)代科學(xué)信息技術(shù)的不斷發(fā)展，人們不僅對射頻信號源的控制要求越來越高。此設(shè)計是設(shè)計一套基于AD9834模塊和OLED屏的簡易信號源，該信號源的核心模塊DDS模塊用AD9834作為芯片，與單片機89C51連接后，具有體型小，精度高等特點。此系統(tǒng)可以實現(xiàn)波形、頻率、幅值步進可調(diào)。

1 背景

信號源是一種應(yīng)用范圍比較廣的電子儀器，用途主要包括為用于產(chǎn)生各種數(shù)字模擬調(diào)制制式信號，2G/3G/4G及其他各種數(shù)字通信領(lǐng)域。近幾年我國科學(xué)技術(shù)發(fā)展速度相對較快，其中電子測量儀器的性能得到了大幅度地提升，體積在不斷縮小，能夠運用在多個場景，使該類型的設(shè)備在我國得到較為廣泛的運用。傳統(tǒng)的信號源采用模擬電路構(gòu)成，具有信號不穩(wěn)定，頻率和幅值難以步進可調(diào)，頻率精度不高等缺點。此次開發(fā)的信號源較一般信號源來說具有信號穩(wěn)定、信號頻率高、信號轉(zhuǎn)換快等優(yōu)點，并且該信號源所產(chǎn)生的信號信息能夠在OLED屏上顯示。

2 系統(tǒng)設(shè)計

2.1 總體設(shè)計方案

基于AD9834模塊和OLED模塊簡易信號源主要由以下幾個模塊組成，用于實現(xiàn)信號的產(chǎn)生，同時可以實現(xiàn)對波形的選擇和頻率的調(diào)節(jié)，如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)框架圖

單片機主機驅(qū)動控制器應(yīng)用模塊：52單片機主控模塊作為整個系統(tǒng)的重要控制部分，控制信號的產(chǎn)生及信號的頻率。單片機發(fā)出一個初始信號傳送給AD9834模塊，使得AD9834模塊能夠產(chǎn)生波形。矩陣鍵盤鍵入改變頻率的信號發(fā)生給單片機，單片機發(fā)出調(diào)節(jié)頻率的信號來改變波形的頻率，同時在OLED上顯示波形的頻率。

OLED顯示模塊：顯示相關(guān)信號的類型和頻率并用相關(guān)字符串表示。OLED模塊接收單片機發(fā)送的控制信號，并顯示出相關(guān)信號的頻率和類型。

AD9834模塊：產(chǎn)生正弦波、三角波和方波。AD9834模塊接收單片機傳來的命令，產(chǎn)生不同的波形。

運放模塊：調(diào)節(jié)信號的幅值。接收單片機傳來的調(diào)節(jié)信號，根據(jù)數(shù)字量線性變化來改變信號的幅值。

2.2 單片機控制模塊

（1）單片機介紹

51單片機在基于AD9834模塊和OLED模塊簡易信號源系統(tǒng)中作為主控模塊，對信號的產(chǎn)生、信號類型的轉(zhuǎn)換、信號頻率的改變有著很大的作用，51單片機發(fā)送一個控制信號給AD9834模塊，是的AD9834模塊能夠輸出信號，并產(chǎn)生不同類型的波形。當(dāng)波形選擇模塊接受到51單片機發(fā)送的改變波形的信號時，波形選擇模塊輸出需要的波形，并且在短時間內(nèi)實現(xiàn)正弦波、三角波、方波依次轉(zhuǎn)換。51單片機有一個矩陣鍵盤，通過矩陣鍵盤的按鍵可以實現(xiàn)信號的轉(zhuǎn)換，信號頻率、幅值步進可調(diào)。

（2）按鍵電路介紹

基于AD9834模塊和OLED屏的數(shù)字信號源系統(tǒng)使用的是51單片機所攜帶的4×4矩陣鍵盤，該矩陣鍵盤按鍵數(shù)量較多，操作方便，通過編寫相應(yīng)的代碼賦予16個按鍵中相應(yīng)按鍵的功能，分別對應(yīng)相關(guān)的功能，按下S1鍵，增加波形的頻率，按下S2鍵，減少波形的頻率，按下S3鍵，在之前的基礎(chǔ)上10倍地增加頻率的步進值，按下S4鍵，在之前的基礎(chǔ)上10倍地減少頻率的步進值，按一下S5鍵，改變波形的類型，按下S6鍵，增大數(shù)字量，幅值根據(jù)相應(yīng)的公式隨之增加，按下S7鍵，減小數(shù)字量，幅值根據(jù)相應(yīng)的公式隨之減小。整個系統(tǒng)是跟據(jù)矩陣鍵盤發(fā)出的控制信號來改變波形、頻率、幅值步進可調(diào)。

2.3 DDS模塊

DDS模塊作為基于AD9834模塊和OLED屏的數(shù)字信號源系統(tǒng)的核心部分，系統(tǒng)所產(chǎn)生的信號都是由DDS模塊發(fā)出，基本原理是利用采樣理論和查找表方法產(chǎn)生所需的波形，可根據(jù)需要使DDS模塊輸出正弦波、三角波、方波。

2.4 波形選擇模塊

DDS模塊輸出的波形不在同一個輸出口上，方波在squan口輸出，正弦波和三角波在sine1或sine2口輸出，我們選擇波形時就很麻煩，手動去選擇輸出口，既費時又費力，此時就要利用CD4051來選擇輸出波形。所選擇的CD4051芯片相當(dāng)于一個單刀八開關(guān)，根據(jù)編碼傳入的3位ABC地址碼來決定了哪一個通道是打開的。信號的輸出能夠根據(jù)單片機的鍵入信號實現(xiàn)波形的相互轉(zhuǎn)變。

2.5 D/A模塊

本模塊使用DAC0832芯片與單片機AT89S52相連接，由單片機產(chǎn)生控制信號，針對數(shù)字信號，借助D/A模塊，通過轉(zhuǎn)換，可以形成相關(guān)的模擬信號，DAC0832由電流形式輸出，需要將其轉(zhuǎn)化為電壓形式輸出則需要連接一個運算放大器，在這里，我們選用OP07芯片。

2.6 運放模塊

在這里我們采用AD603，AD603是一種電壓控制型的放大器，借助前面的DA模塊，針對模擬信號，通過一定的轉(zhuǎn)變之后，可以形成數(shù)字信號，實現(xiàn)電壓輸出后，輸入到AD603模塊對其幅值達(dá)到步進的調(diào)控。

我們的DA模塊與AD603相連接，代替AD603上的扭動調(diào)節(jié)電壓部分，達(dá)到使用按鍵鍵盤實現(xiàn)幅值步進可調(diào)。

2.7 顯示模塊

顯示模塊選用的是2.4in的OLED液晶顯示屏，OLED屏的GND管腳接電源地，VCC管腳接電源+5V，OLED屏的SCL腳接單片機芯片的P1.0管腳，OLED屏的SDA腳接單片機芯片的P1.1管腳。

3 結(jié)果和總結(jié)

系統(tǒng)完成后的測試結(jié)果如下所示。

圖2和圖3所示是頻率為300KHz的正弦波，幅值步進可調(diào)，誤差為2mv。

圖2 300KHZ的正弦波顯示

圖3 幅值為64mv的正弦波

圖4和圖5所示是頻率為300KHz的正弦波輸出信號，幅值步進可調(diào)，步進值為8mv，誤差為2mv。

圖4 300KHZ的正弦波顯示

圖5 幅值為72mv的正弦波

本系統(tǒng)實現(xiàn)了簡易信號源的基本功能，有正弦波、方波、三角波三種波形可調(diào)，三種波形的頻率在1Hz—300KHz均可以步進可調(diào)，且步長可以改變，且正弦波和三角波幅值步進可調(diào)。