脉冲波形发生器的设计
脉冲波形发生器的设计 100
可产生1KHZ——99KHZ脉冲方波，按键调节，两位数码管，显示频率
根据要求设计，细谈
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基于EPP工作模式下的任意波形发生器的设计
摘要：本文介绍一种基于微机打印口EPP工作模式下的任意波形发生器。它采用复杂可编程逻辑件、高速D/A转换和可编程平滑滤波等技术设计完成，具有软件设置信号频率、波形和输出电平的功能，操作简单，使用方便，有较强的实用价值。
关键词：任意波形发生器；EPP工作模式；平滑滤波器1 引言
任意波形发生器（Arbitrary Waveform Generator，AWG）是随着众多领域对于复杂的、可由用户定义的测试波形的需要而形成和发展起来的，它的主要特点是可以产生任何一种特殊波形，输出信号的频率、电平以及平滑低通滤波的截至频率也可以作到程序设置，因此在机械性能分析、雷达和导航、自动测试系统等方面得到广泛的应用。而对AWG的控制、数据传输、输出信号的频率和电平设置都可以通过微机打印口在EPP（增强并行接口）工作模式下设计完成。这样不仅具有设计简单，占用微机资源较少的优点，而且操作简单，使用方便，易于硬件升级。2 总体框图及设计原理
所设计的AWG可以产生多种任意波形模拟信号，包括正弦波、方波、三角波、梯形波、抛物线波、SINC波和伪随机信号等。信号的产生采用直接数字合成的设计思想，所不同的是DDS产生的信号是固化在 ROM中的正弦波，通过波形查询表和数模转换器产生不同频率的正弦波，而AWG中存储波形的存储器是可以随机写入的，这样才可以真正产生任意波形。此外，AWG的工作方式可以分为连续方式和突发方式。连续工作方式是指存储在存储器中的数据在时钟的作用下连续不断的送给数模转换器，以获得周期的模拟信号；突发工作方式则是在特定的触发条件下，信号只输出一次。触发条件包括软件内部触发和外部触发，外部触发又包括外部触发信号的上升沿、下降沿、正电平和负电平触发等。AWG的总体设计框图如图1所示。
AWG的设计可以分为两部分：EPP接口电路和波形产生电路。EPP接口电路是软件控制程序和波形产生电路的数据传输通道。它采用ALTERA公司的复杂可编程逻辑器件EPM7128设计完成，负责并口和波形存储器之间的缓冲隔离、总线收发控制和地址产生。波形产生电路主要任务是在EPP接口电路控制下产生任意波形信号。来自并口的波形数据通过EPP写操作顺序写入波形存储器。波形数据存储完后，由软件决定采用何种触发条件和工作方式，进而产生相应的控制信号。时钟产生电路产生频率可控的时钟信号，作为波形存储器、地址发生器以及数模转换器的时钟。在控制信号的控制下，地址发生器产生地址，读出和地址相对应的波形点数据送高速数模转换器产生模拟信号，最后对该模拟信号进行平滑滤波后输出符合用户需要的波形。3 主要硬件电路设计 3.1 EPP接口电路
计算机并行口的工作方式可设置为SPP、 EPP和 ECP三种工作方式。EPP是一种与 SPP兼容且能完成双向数据传输的外围接口模式。EPP最高传输速率可以达到2MBPS，并可双向工作，接近于PC机ISA总线的数据传输率。它提供四种数据传输周期：数据写周期、数据读周期、地址写周期及地址读周期，数据读写和地址读写在微机中所占用的地址不同。数据读写产生 DATASTB信号，地址读写产生 ADDRSTB信号。例如，数据写的工作过程为（1）WRITE信号保持低电平，若WAIT信号为低，数据选通信号DATASTB有效（低电平）。（2）等待WAIT信号变高，变高后数据线上数据生效。（3）DATASTB信号由低变高。（4）等待 WAIT信号由高变低，WAIT的上升沿释放数据线，结束读周期。本文阐述的EPP任意波形发生器要用到数据写和地址写两个操作周期，其时序如图2所示。
EPP接口电路的设计由复杂可编程逻辑器件（CPLD）设计完成，负责AWG的逻辑控制和数据分配。由图1可以看出所设计的AWG可以输出两路模拟信号，因此来自并口的波形数据应当分别写入两个波形存储器中，完成数据分配。具体实现上是在CPLD为两个波形存储器分配不同的地址，首先由地址写操作决定后续的数据写入哪个地址端口，随后顺序将波形数据写入指定的波形存储器。此外，整个电路的控制命令、输出波形电平设置以及平滑滤波器的截至频率设置也是由软件通过并口完成的，因此在CPLD中也应为其分配地址端口。CPLD内部数据分配电路设计如图3所示。
并口数据端口的数据究竟是控制命令还是某个波形存储器的数据由其地址决定。图3描述了地址产生的方法，从而完成了数据分配，具体工作过程如下：首先，地址选通信号（ADDRSTB）和数据选通信号（DATASTB）与写信号（WRN）相或，产生写地址选通信号（ADDRSTB_WRN）和写数据选通信号（DATASTB_WRN），从而区分读地址周期和读数据周期的操作；然后，发出地址写操作，决定后续数据发往哪个地址；最后是数据写操作。从图3可以看出控制命令端口地址为0，而波形存储器A和波形存储器B的端口地址分别是1和2，波形电平设置端口地址为3和4，而平滑滤波器设置端口为5和6。3.2 高速D/A转换电路
高速D/A转换电路不仅负责将波形存储器中的数据转换为模拟信号，还负责输出信号的电平设置，设计框图如图4所示。
输出信号电平设置电路主要由参考电压源AD1580、低速D/A转换器AD7524和高速D/A转换器AD9708设计完成。AD1580为AD7524提供1.2V的电压基准，在8位数字（DB7～DB0）的控制下，AD7524内部的电阻网络将1.2V的电压基准转换为0.1V～1.2V电压输出。而AD9708的参考电压正是AD7524的电压输出，从而实现了由DB7～DB0控制高速D/A转换电路的输出信号电平。
设DB7～DB0所表示的无符二进制数为M，AD7524电压输出为VREF，则：
设输入AD9708的数字量为N，AD9708的输出电压为VOUT，负载为RLOAD，则：
由（1）式和（2）式可得：
从（3）式可以看出，适当的选择M的值，可以设置输出信号的电平。其中N来自波形存储器，M由程序设置，从而实现了程序控制输出信号的电平。3.3 平滑滤波器
由于波形存储器中抽样信号的频谱是原信号频谱的周期延拓以及高速数模转换器的非线性，数模转换后的模拟信号除了基波外还有各次像频分量和基波的各次谐波分量，所以在数模转换器之后跟一个平滑低通滤波器以获得纯净的基波信号。平滑低通滤波器的截至频率应当略大于输出信号的最高频谱，小于数模转换频率的一半。为了获得不同频率的输出信号，采用了不同的数模转换速率，因此平滑低通滤波器的截至频率也应当由程序设定。
平滑低通滤波器采用LINEAR公司的10阶低通滤波器LTC1569-7设计完成。设置LTC1569-7的截至频率有两种方式：外接电阻和外时钟输入。外接电阻法通常要求采用数控电位器改变外接电阻的阻值，从而改变低通滤波器截至频率。外时钟输入法是依靠改变外时钟的频率从而改变低通滤波器截至频率。两种方法相比，外时钟输入法易于实现，设计方法如图5所示。
滤波器截至频率和外时钟频率之间关系为：
4 结论
所设计的AGW性能指标如下：
(1) 模块最高D/ A转换速率：4MHz；
(2) 存储深度：128K；
(3) 模拟信号幅度分辨率：8位；
(4) 输出电压幅度范围：±10V；
(5) 输出信号频率范围：100 Hz～300KHz；
实践证明，基于EPP工作模式下的任意波形发生器易于实现，使用方便灵活，具有较高的性能价格比。
我虽然是学这个专业的，但是什么都不会，所以还是不明白
那怎么办呢？
老师让做一份设计，按上面的做 行不、？
以后怎么答辩呢？
我是学机械设计与制造的，单片机重要吗？所以想找人帮帮忙
信号发生器是一种能产生标准信号的电子仪器，是工业生产和电工、电子实验室中经常使用的电子仪器之一。信号发生器可以有多种实现方法，而频率越高、产生波形越多的信号发生器越好，可以从信号发生器的制作条件及使用领域方面考虑其实现方法。文章用函数发生芯片ICL8038结合外围电路产生三角波、正弦波以及矩形波三种基本波形，再把产生的波形通过由ICM7216D、晶体、电容、开关及LED数码管等组成的显示电路显示出频率，而把波形产生电路产生的正弦波通过调频电路就会产生一个调频波。关键词：ICL8038；信号发生器；调频电路；电子仪器中图分类号：TP39　　　文献标识码：A　　文章编号：（4-03 & 　　信号发生器是一种能产生标准信号的电子仪器，是工业生产和电工、电子实验室中经常使用的电子仪器之一。在现代电子学的各个领域，常常需要高精度且频率可方便调节的信号发生器。一般来说，频率越高、产生波形种类越多的发生器性能越好，但器件成本和技术要求也大大提高，因此在满足工作要求的前提下，性价比高的发生器是我们的首选。常见的信号发生器是用ICL8038制成的简单信号发生器，但这种信号发生器仅能产生正弦波、三角波和矩形波，而本文要研究的就是如何在ICL8038基础上结合其外围电路以及直接调频电路使其产生其他的信号。　　一、总体设计　　（一）信号发生器的设计框图　　信号发生器框图如图 1所示：&& & & & 图1 信号发生器设计框图　　图1中，波形产生电路由单片集成电路函数发生器ICL8038及其外围电路组成，用来显示方波、正弦波及三角波；直接调频电路由石英晶体及变容二极管等组成，波形产生电路产生的正弦波经此电路会产生一个调频波；显示电路由单片频率计ICM7216D、晶体、电容、开关及LED数码管[11]等组成，用来显示输出波形的频率值。　　（二）信号发生器的总电路图　　信号发生器的总电路如图2所示：　　二、各部分电路设计　　（一）基于ICL8038的波形发生电路设计　　ICL8038组成的函数发生器如图3所示。电阻R1与电位器 RP1用来确定8脚的直流电位U8，通常取U8≥2UCC/3。U8越高，IA和IB越小，输出频率越低，反之亦然。因此，ICL8038又称为压控振荡器（VCO）或频率调制器（FM）。RP1可调节的频率范围为20HZ～20KHZ。U8还可以由7脚提供固定电位，此时，输出频率f0仅由RA，RB及电容Ct决定。UCC采用双电源供电时，输出波形的直流电平为零。当采用单电源供电时，输出波形的直流电平为UCC/2。　　（二）晶体振荡器的变容管直接调频电路设计　　图4是100MHz晶体振荡器的变容管直接调频电路。图4中，T2管接成皮尔斯晶体振荡电路，并由变容管直接调频。T2管集电极上的谐振回路调谐在晶体振荡频率的三次谐波上，完成三倍频功能。T1管为音频放大器，将输入的信号放大后，经2.2μH的高频扼流圈加到变容管上。同时T1的电源电压也通过2.2μH高频扼流圈加到变容管上，作为变容管的偏置电压。&对晶体振荡器进行调频时，由于振荡回路中引入了变容二极管，因此频率稳定度相对于不调频的晶体振荡器有所降低。一般，其短期频率稳定度达到10-6数量级，长期频率稳定度达到10-5数量级。 & & & & 图4 晶体振荡器的变容管直接调频电路　　（三）基于ICM7216D的显示电路设计　　显示电路是由单片频率计ICM7216D、晶体、电阻及电容等构成。ICM7216D是美国Intersil公司首先研制的专用测频大规模集成芯片。它是标准的28引脚的双列直插式集成电路，采用单一的+5V稳压电源工作。它内含高频振荡器、十进制计数器、七段译码器、位多路复用器、能够直接驱动LED显示器的8段一段码驱动器、8位一位码驱动器。其基本的测频范围为DC至10MHz，若加预置的分频电路，则上限频率可达40MHz或100MHz，单片频率计ICM7216D只要加上晶振、量程选择、LED 显示器等少数器件即可构成一个DC至40MHz的微型频率计，可用于频率测量，机械转速测量等方面的应用。　　图5为基于ICM7216D的显示电路。用晶体和电容C1、C2构成的10MHz振荡频率作为基准频率，经ICM7216D内部分频后，产生闸门时间脉冲。用开关K选择量程。另用开关S1控制电路复位，S2可时电路处于保持状态。8个LED数码管的DP都与DP小数点输入脚（23脚）相连，由内部小数点逻辑单元产生正确的小数点位。当被测信号输出时，ICM7216D对其频率计数，8位LED逐位显示被测频率，从而实现测量和显示的目的。　　具体工作过程为：使用一个2.5MHz的晶振及22MΩ的电阻、电容C1、C2来满足内部振荡器的正常工作。由于内部振荡器是一个高增益的CMOS反相器，因此用电阻与晶振并联以提供足够的偏压，此时芯片的基振为2.5MHz。如果使用1MHz晶振代替2.5MHz晶振需要将芯片的脚25、脚26之间的电容作些调整，这时芯片的基振为1MHz。另外芯片还允许使用外部振荡器，如果使用外部振荡器时，芯片的基频等于外部振荡电路的频率，此时芯片内部振荡电路仍在工作，但不影响芯片的正常测量。若内部振荡频率小于1MHz或只有外部振荡电路在工作时，必须将脚25、脚26连接在一起，以保证足够的悬挂电平。如果外部振荡电路输出为TTL 电平时，则需要在脚25、脚26之间接一个22MΩ的电阻，并且要将脚24、脚25连在一起，如果外部振荡电路的频率小于100KHz，则外部振荡电路对芯片不起作用，芯片仍以内部振荡电路的频率工作。　　被测信号从脚28输入，如果输入信号较小，可以采用前置放大电路。如果输入信号较太，可以采用限幅电路。D1～D8八条位驱动线分别与八位LED的公共端相连，段驱动输出线a～g与LED相应的引脚相连将LED的第1至7位的小数点都与脚23连在一起，则由内部小数点逻辑单元产生正确的小数点位。八位LED是示器逐位显示，频率为500Hz ，位信号时间为244μs，两位显示之间有6μs的位空白时间，以防止重影。芯片的最大段驱动电流为15mA，额定段驱动电流为12mA。要增加显示亮度，可将电源电压增加到6V，在测量显示时，小数点左边的零被消除，右边的位照常显示。当被测信号的频率超出频率计的测量范围发生溢出时，芯片内部能够点亮第八位的小数点，表示此时发生溢出。　　图5中，K为一个四档开关，用于选择不同的量程。S1为一个按键开关，当其按下时，脚12为低电平，主计数器停止计数，显示为零。当S2按下时，脚27为高电平，主计数器暂停计数，此时数据自锁并显示；当S2断开，主计数器才重新启动计数。由于复合控制输入端所用信号是位驱动信号，为避免复合控制信号影响位信号，使用二极管进行隔离，与芯片管脚1相连的电阻及电容的作用是降低噪声，减少干扰。& & & & 图5 基于ICM7216D的显示电路　　（四）整形电路设计　　由于ICM7216D芯片只能对脉冲信号进行计数，所以波形产生电路产生的正弦波和三角波要先进行整形，然后才能送进显示电路进行频率显示，而整形电路只需用一个与非门就可实现。本文选择了74LS20芯片进行整形。74LS20芯片引脚图如图6所示：　　三、结果分析　　本文采用±10V、5V直流电源供电，运用数字示波器显示输出波形。　　信号发生器能输出正弦波、三角波、矩形波及调频波；正弦波、三角波、矩形波的最低频率为55.10Hz，最高频率为16.13KHz；正弦波的峰峰值可达到4.36V；三角波的峰峰值可达6.6V，占空比可在44.4%~50.4%之间调节；矩形波的峰峰值可达到20.2V，占空比则可在41.3%~57.5%之间调节；调频电路中的载波峰峰值为5.6V，频率为13.3MHz；显示电路由于加了4分频电路，则测频上限频率可达40MHz。　　四、结语　　本文是采用函数发生芯片ICL8038结合外围电路产生正弦波、三角波及矩形波，再把产生的正弦波输入晶体振荡器的变容管直接调频电路，产生调频波输出，各波形通过ICM7216D组成的显示电路显示出其频率。该系统完全由硬件构成，避免了编程方面的问题，电路简单，易于调试，产生的波形种类多。参考文献　　[1]吴慎山，等. 电子线路设计与实践[M]. 北京：电子工业出版社，2005.　　[2]王昊，李昕.集成运放应用电路设计360例[M]. 北京：电子工业出版社，2007.& 　　[3]赛尔吉欧·佛朗哥.基于运算放大器和模拟集成电路的电路设计[M]. 西安：西安交通大学出版社，2004.　　[4]余小平，奚大顺.电子系统设计（基础篇）[M]. 北京：北京航空航天大学出版社，2007.　　[5]王彦朋，张凤凌，等. 大学生电子设计与应用[M]. 北京：中国电力出版社，2007.　　[6]PAULR，GRAY，等.模拟集成电路的分析与设计[M]. 北京：高等教育出版社，2005.　　[7]张肃文. 高频电子线路[M]. 北京：高等教育出版社，2004.　　[8]萧家源. 电子仪表原理与应用[M]. 北京：科学出版社，2005.　　[9]Paul Scherz. 发明者电子设计宝典[M]. 福州：福建科学技术出版社，2004.　　[10]周云波. ICL8038扫频信号发生器[J]. 现代电子技术，2003，（17）.　　[11]姚行洲. ICL8038原理及应用[J]. 北京广播电视大学学报，1999，（1）.　　[12]金韦. 波形发生器新型集成电路ICL8038及XR-2206[J]. 实用电子文摘，1997，（1）.&&&&& [13]Alan V.Oppenheim，Alan S.Willsky，S.Hamid Nawab. Signals and Systems，Second Edition[M]. 北京：电子工业出版社，2002.
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1,如果输入信号幅度很大,如果输入信号幅度较小,输出波形将因为上下的摆幅限制（正电源和负电源的电压限制）而失真。希望能帮到你~~,即幅度增加,相位相反。2,输出波形将是输入波形的反相放大,
当输入信号在一定范围内，输出也会同比例放大，但是当输入超过一定范围，输出达到最大电源电压VCC后，输出波形就会失真了，峰值处会被VCC钳住。
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