函数信号发生器设计论文 uCOS-II多任务程序 AD9850+ARM1138+ARM1138

ID:195456 · 发表于 2017-5-3 17:23

这是我很早之前做的，大家可以看看，附件中包含有完整的论文和源码.

采用基于DDS专用芯片AD9850作为信号产生模块，并以基于ARM7的微控制器ARM1138作为整个系统的控制核心。在ARM1138中嵌入UCOSII操作系统方便实现多任务处理。例如波形转换，频率调节，幅值调节，12864显示，I2C掉电保护等。本方案融合了如方案一频率合成的优点，并能发挥ARM控制器强大的系统管理能力。同时可利于分工合作，以最快的时间完成题目的所有要求。此方案比较灵活、可扩展性好，能完全达到设计要求，故采用此方案。

ARM微控制器从键盘获得控制信息，通过计算得到控制字并通过IO口送给DDS的频率和相位的控制端口，同时，将信息显示在LCD上。DDS输出信号由程序控制其预置频率和相位的正弦信号或方波信号，再通过放大倍数可调的运算放大系统来控制调幅。三角波则由方波信号经过一级方大后通过积分电路获得。掉电保护功能则由ARM1138内部AD把数据读回再通过I2C写入24C04来完成。结构图如图2-1。

2．2 DDS的实现设计

ＤＤＳ的基本原理是利用采样定理，通过查表法产生波形，其基本架构如图2-2所示：

相位累加器由Ｎ位加法器与Ｎ位累加寄存器级联构成。每来一个时钟脉冲ｆｓ，加法器将频率控制字ｋ与累加寄存器输出的累加相位数据相加，把相加后的结果送至累加寄存器的数据输入端。累加寄存器将加法器在上一个时钟脉冲作用后所产生的新相位数据反馈到加法器的输入端，以使加法器在下一个时钟脉冲的作用下继续与频率控制字相加。这样，相位累加器在时钟作用下，不断对频率控制字进行线性相位累加。由此可以看出，相位累加器在每一个时钟脉冲输入时，把频率控制字累加一次，相位累加器输出的数据就是合成信号的相位，相位累加器的溢出频率就是ＤＤＳ输出的信号频率。用相位累加器输出的数据作为波形存储器（ＲＯＭ）的相位取样地址，这样就可把存储在波形存储器内的波形抽样值（二进制编码）经查找表查出，完成相位到幅值转换。波形存储器的输出送到Ｄ／Ａ转换器，Ｄ／Ａ转换器将数字量形式的波形幅值转换成所要求合成频率的模拟量形式信号。低通滤波器用于滤除不需要的取样分量，以便输出频谱纯净的正弦波信号。ＤＤＳ在相对带宽、频率转换时间、高分辨力、相位连续性、正交输出以及集成化等一系列性能指标方面远远超过了传统频率合成技术所能达到的水平，为系统提供了优于模拟信号源的性能。

系统测试

4.1测试条件

表1 仪器仪表

仪器仪表名称	型号	数量（台）
数字示波器	Tektronix	1
函数信号发生器	RIGOL	1
直流稳压电源	YB1732	1
万用表	DT9025	1

4.2测试方案与测试结果

4.2.1观察示波器，记录频率值和输出电压峰-峰值。

表二频率值和输出电压峰-峰值测量记录表

预置频率/Hz	测量频率/Hz	相对误差/%	峰-峰值/V
50	48	4	2
100	98	2	4
500	497	0.6	3
1k	1000	0	5
5k	4998	0.4	4
10k	9990	0.1	2
15k	15100	0.6	3
20k	20108	0.54	1

4.2.2 观察示波器，记录步进频率值。

表三步进频率值记录表

预置频率（Hz）	步进值（10Hz/步）	测量频率（Hz）	步进频率（Hz）	相对误差（%）
20	1步	28	30	6
100	1步	105	110	4.5
500	1步	510	510	0
1k	1步	1010	1010	0
5k	1步	5010	5010	0
10k	1步	10008	10010	0.019
15k	1步	15015	15010	0.03
20k	1步	20008	20010	0.009

4．3测试结果分析

由实验调试结果及测试结果，该函数信号发生器达到了题目的所有指示要求，在选择波形与调节幅度频率试时采用LCD人机交互界面，界面友好方便，具有直观性。

五、结语

本次设计的低频三相信号源，主要运用了DDS基本原理，利用ARM1138作为仿真测试和实际测量（测量结果见上表）符合题目给定的基本要求。

本次软件设计流程如图3-1所示：程序初始化后进入初始界面，再判断KEY1是否被按下，按下KEY1是选择波形型号，按下KEY2选择频率递增，按下KEY3选择频率递减，按下KEY4选择幅值递增，按下KEY5选择幅值递减。本设计最大的优点就是能实现掉电保护，实时保存数据，防止电压过低或者突然断电造成的数据丢失。

源程序：