任意波形發(fā)生器的設計電路圖

任意波形發(fā)生器

技術(shù)分類(lèi)：測試與測量來(lái)源：電子產(chǎn)品世界/ 西北工業(yè)大學(xué) 航海學(xué)院 任緒科 趙俊渭 周明

引言

在電子工程設計與測試中，常常需要一些復雜的、具有特殊要求的信號，要求其波形可任意產(chǎn)生，頻率方便可調。通常的信號產(chǎn)生器難以滿(mǎn)足要求，市場(chǎng)上出售的任意信號產(chǎn)生器價(jià)格昂貴。結合實(shí)際需要，我們設計了一種任意波形發(fā)生器。電路設計中充分利用MATLAB的仿真功能，將希望得到的波形信號在MATLAB中完成信號的產(chǎn)生、抽樣和模數轉換，并將得到的數字波形數據存放在數據存儲器中，通過(guò)單片機和CPLD控制，將波形數據讀出，送入后向通道進(jìn)行A/D轉換和放大處理后得到所需的模擬信號波形。利用上述方法設計的任意波形發(fā)生器，信號產(chǎn)生靈活方便、功能擴展靈活、信號參數可調，實(shí)現了硬件電路的軟件化設計。具有電路結構簡(jiǎn)單、實(shí)用性強、成本低廉等優(yōu)點(diǎn)。

系統框圖

&nb任意波形發(fā)生器的設計思想，是利用MATLAB的強大仿真功能，方便、快捷的生成給定頻率、周期、脈寬的任意波形數據；并將數據預存在數據存儲器中。在單片機控制下，利用CPLD電路產(chǎn)生地址讀出數據，送入D/A轉換電路，得到所需的任意波形信號。系統結構框圖如圖1；圖中分頻電路和地址發(fā)生器由CPLD實(shí)現。

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圖1 系統框圖

電路設計及實(shí)現

單片機控制電路

單片機采用AT89C52芯片，通過(guò)軟件編程產(chǎn)生所要求的控制信號。主要的控制參數包括：信號周期、脈寬；分頻電路的開(kāi)始信號、地址發(fā)生器的復位信號；E2PROM的選通信號；D/A轉換電路的選通信號。在具體電路中，端口P1.0控制分頻電路的啟動(dòng)、P1.1控制地址發(fā)生器的清零，P2.0控制28C256和AD7545的選通信號。單片機工作在定時(shí)器0方式，軟件設計利用C語(yǔ)言實(shí)現。流程圖如圖2所示。

圖2 軟件流程圖

波形數據生成

MATLAB作為一款優(yōu)秀的數學(xué)工具軟件，具有強大的運算功能；可以方便的產(chǎn)生各種信號波形，在軟件中實(shí)現波形信號的產(chǎn)生、抽樣和模數轉換。設計的任意波形發(fā)生器，數據存儲器選用28C256芯片，信號波形通過(guò)MATLAB仿真產(chǎn)生；得到的波形數據存放在數據存儲器28C256中。具體設計中，我們要求產(chǎn)生周期為200ms，脈寬為5ms的單/調頻混合信號，其中單頻信號的脈寬為4ms，頻率為30KHz；調頻信號的脈寬為1ms，頻率為30KHz_35KHz。在MATLAB中設定抽樣率為500KHz,得到了2500個(gè)波形數據。這些混合波形數據在燒錄入數據存儲器的過(guò)程中，由于波形數據較多，直接用手工錄入數據存儲器中不僅費時(shí)且容易出錯。為克服這一弊端，通過(guò)MATLAB編程的方法將產(chǎn)生的波形數據按照HEX文件的INTEL格式存放,然后將這些波形數據整批次燒錄入數據存儲器中。采用上述方法，波形數據生成簡(jiǎn)單，快捷；可根據需要在軟件程序中方便地修改信號參數；無(wú)需改動(dòng)硬件電路即可實(shí)現信號參數的功能擴展。

CPLD邏輯設計

分頻電路采用兩片74HC163實(shí)現。通過(guò)分頻電路，將12MHz的晶振標準頻率分頻后，得到500KHz的抽樣頻率，作為地址發(fā)生器的時(shí)鐘。分頻電路的工作由單片機控制。

地址發(fā)生器電路由3片74HC163組成，時(shí)鐘頻率為500KHz，有分頻電路提供；和預存的波形數據抽樣頻率相一致，以實(shí)現數據的無(wú)失真讀出。

電路設計中，采用ALTRA公司的EPM7128AETC100－10芯片，在MAX+PLUSⅡ開(kāi)發(fā)環(huán)境中完成分頻緶泛偷刂販⑸ 韉緶返納杓??； 贑PLD的電路設計，可以省去大部分的中小規模集成電路和分離元件；使得電路具有集成度高、工作速度快、編程方便、價(jià)格低廉的顯著(zhù)優(yōu)點(diǎn)。通過(guò)CPLD和數據預生成的信號實(shí)現方法，無(wú)需改變硬件電路，即可實(shí)現信號參數的任意調整；同時(shí)外圍電路十分簡(jiǎn)單，為工程調試和應用帶來(lái)了方便。

D/A轉換電路

D/A轉換電路的實(shí)現如圖3所示。 電路中，AD7545將波形數據轉換為模擬信號；LF353進(jìn)行信號濾波和整形。

圖3 D/A轉換電路

結語(yǔ)

采用上述方法設計的任意波形發(fā)生器，通過(guò)軟件和硬件結合，充分發(fā)揮MATLAB強大的仿真功能，盡可能的減少了硬件開(kāi)銷(xiāo)。根據實(shí)際需要，可產(chǎn)生正弦波、三角波、鋸齒波、方波等多種波形，可以產(chǎn)生線(xiàn)性調頻信號（LFM），單頻脈沖信號（CW），余弦包絡(luò )信號以及他們之間的組合信號等多種波形參數；滿(mǎn)足了工程需要。該任意波形發(fā)生器已應用于在研項目“水中運動(dòng)目標軌跡測量”中，效果良好。