¡El circuito del generador de señal con función de atenuación exponencial requiere un diagrama de circuito detallado!
Diseño e implementación de un generador de señal de función totalmente controlado numéricamente basado en el chip DDS AD9850
La fuente de señal es un equipo electrónico básico en los campos de medición y depuración de productos electrónicos, soporte técnico de equipos militares y otros campos. Con el desarrollo de la ciencia y la tecnología y el progreso de la tecnología de medición, los generadores de señales ordinarios ya no pueden satisfacer las necesidades de producción y depuración del campo de la tecnología electrónica en desarrollo actual. La tecnología DDS es una tecnología emergente de síntesis de frecuencia digital directa. Tiene las ventajas de resolución de alta frecuencia, velocidad de conmutación de frecuencia rápida, fase de conmutación continua, ruido de fase de señal de salida bajo, programable, totalmente digital y fácil de integrar, tamaño pequeño y peso ligero. , por lo que tiene amplias perspectivas de aplicación en radar y comunicaciones y otros campos.
1 plan de diseño del sistema
Este artículo propone un plan de diseño de generador de señal de función totalmente controlado numéricamente que utiliza DDS como dispositivo central de generación de señal. La amplitud de la señal de salida y la amplitud de la señal de salida pueden ser. Se configura de acuerdo con el tipo de forma de onda de la señal de salida. La frecuencia se puede controlar numéricamente y la frecuencia de salida es amplia. Se selecciona el chip AD9850 de la compañía estadounidense A/D. La palabra de control de frecuencia de 32 bits del AD9850 se controla y procesa. el programa del microcontrolador, y luego se amplifica y se agrega a la señal digital con el potenciómetro digital como red de atenuación, lo que permite un control digital completo de la amplitud, frecuencia, tipo y opciones de salida de la señal. La estructura de este generador de señales de función se muestra en la Figura 1.
Este sistema se compone principalmente de un microcontrolador, un sintetizador de señal de frecuencia directa DDS, un circuito de atenuación digital, un módulo de conversión de valor efectivo real, un módulo de conversión A/D y un circuito de selección integral digital.
2 Principios básicos de DDS
El sintetizador digital directo (Derect Digital Synthesizer) es una tecnología de síntesis de frecuencia que sintetiza directamente la forma de onda requerida en función del concepto de fase. Un sintetizador de frecuencia digital directo generalmente consta de un acumulador de fase, un sumador, una ROM de almacenamiento de formas de onda, un convertidor D/A y un filtro de paso bajo (LPF). La estructura de composición de DDS se muestra en la Figura 2. Entre ellos, K es la palabra de control de frecuencia (también llamada incremento de fase), P es la palabra de control de fase, W es la palabra de control de forma de onda, fc es la frecuencia del reloj de referencia, N es la longitud de la palabra del acumulador de fase, D es la Bit de datos ROM y longitud de palabra del convertidor D/A. El acumulador de fase se acumula con un tamaño de paso K bajo el control del reloj fc. El código binario de N bits de salida se agrega a la palabra de control de fase P y a la palabra de control de forma de onda W y se usa como la dirección de la ROM de forma de onda para direccionar. la ROM de forma de onda La salida de ROM de forma de onda Después de que el código de amplitud de bits D S(n) se convierte en una onda de escalera S(t) mediante conversión D/A y luego se suaviza con un filtro de paso bajo, la forma de onda de la señal sintetizada puede. ser obtenido. Dado que la forma de onda de la señal sintetizada depende del código de amplitud almacenado en la ROM de forma de onda, DDS se puede utilizar para sintetizar formas de onda arbitrarias.
3 Diseño de circuito de hardware
3.1 Circuito de generación de señal DDS
Considerando que DDS tiene una resolución de alta frecuencia, velocidad de conmutación de frecuencia rápida, fase de conmutación continua y salida con Las ventajas de ruido de fase de señal baja, programable, totalmente digital, fácil de integrar, tamaño pequeño y peso ligero. Esta solución utiliza el chip AD9850 de American A/D Company y utiliza una microcomputadora de un solo chip como dispositivo de control central. para transmitir palabras de control de frecuencia al DDS, generando así señales de salida DDS de frecuencia y tipo correspondientes, y su circuito de generación de señales DDS se muestra en la Figura 3.
3 Diseño de circuito de hardware
3.1 Circuito de generación de señal DDS
Considerando que DDS tiene una resolución de alta frecuencia, una velocidad de conmutación de frecuencia rápida, una fase de conmutación continua y una salida con Las ventajas de ruido de fase de señal baja, programable, totalmente digital, fácil de integrar, tamaño pequeño y peso ligero. Esta solución utiliza el chip AD9850 de American A/D Company y utiliza una microcomputadora de un solo chip como dispositivo de control central. para transmitir palabras de control de frecuencia al DDS, generando así señales de salida DDS de frecuencia y tipo correspondientes, y su circuito de generación de señales DDS se muestra en la Figura 3.
La interfaz entre el microcontrolador y AD9850 puede ser paralela o serie.
Para aprovechar al máximo el rendimiento de alta velocidad del chip y ahorrar recursos del microcontrolador, este diseño elige un método paralelo para expandir el puerto P0 de AT89S52 a través del pestillo 74HC373 y luego conectarlo al terminal de control de entrada paralelo (D0 ~ D7) del DDS. El AD9850 está conectado a un oscilador de cristal activo externo de 120 MHz. La señal sinusoidal generada pasa a través de un filtro de paso bajo (LPF) para eliminar los armónicos de alta frecuencia y se puede obtener una señal analógica con una buena forma de onda. De esta manera, después del filtrado de paso bajo la señal de salida del convertidor D/A, se conecta al comparador de alta velocidad dentro del AD9850 y se puede emitir directamente una onda cuadrada con una fluctuación muy pequeña. Luego agregue la señal de onda cuadrada al circuito integrador para obtener la señal de onda triangular. Además, la señal de salida de forma de onda arbitraria también se puede editar a través del teclado.
3.2 Interfaz de entrada de teclado y circuito de interfaz LCD
El circuito de configuración de entrada digital en este sistema utiliza un teclado matricial de 2×8. Dado que la pantalla LCD tiene las ventajas de un contenido de pantalla grande, una estructura de circuito simple y ocupa menos recursos del microcontrolador, este sistema utiliza la pantalla LCD RT1602C para mostrar el tipo de señal, la frecuencia y el valor pico a pico de la onda sinusoidal. Entrada de teclado y diagrama de circuito de interfaz LCD.
De manera similar, considerando los recursos limitados de pines IO del microcontrolador AT89S52, la entrada del teclado y la salida LCD de este sistema están conectadas al puerto P0 del microcontrolador AT89S52 a través de 74HC245, logrando así la expansión y multiplexación del puerto.
3.3 Circuito preestablecido de control numérico de amplitud de señal
Para realizar el control digital y preestablecer la amplitud de la señal analógica sinusoidal de salida, este sistema utiliza un amplificador operacional de alta velocidad AD811 y atenuación de potenciómetro digital. , conversión de valor efectivo real y circuitos de conversión A/D. El diagrama de circuito específico se muestra en la Figura 5.
El potenciómetro digital X9C102 es un dispositivo clave para lograr el ajuste digital de la amplitud de la señal. El módulo de conversión RMS verdadero AD637 es el principal responsable de la conversión TRMS/DC de la señal, y luego transmite la cantidad digital proporcional a la amplitud de la señal de onda sinusoidal al microcontrolador a través de la conversión analógica a digital TLC2453, de modo que el El microcontrolador puede generar instrucciones de control de amplitud apropiadas.
3.4 Circuito de control de conmutación automática de condensador integral
La onda triangular es una de las señales comúnmente utilizadas. Este sistema utiliza un circuito integrador RC para convertir la señal de onda cuadrada en una onda triangular. Dado que la frecuencia de la señal es muy amplia (la baja frecuencia llega por debajo de 1 Hz y la alta frecuencia supera los 60 MHz), para completar la integración lineal de diferentes bandas de frecuencia, se requieren diferentes condensadores de integración (10pF, 100pF, 1 nF, 10nF, 100 nF, 1 μF, 10 μF, 100 μF). Basado en las necesidades de control numérico y conmutación automática, este sistema utiliza el circuito de ocho selecciones uno CD4051 que se muestra en la Figura 6.
La señal de control de ocho selecciones del CD4051 proviene de la interfaz P0~P3 de AT89S52. El 74HC373P también está configurado considerando la reutilización del puerto P0. Después de que el circuito integrador convierte la salida de onda cuadrada del AD9850 en una onda triangular, el amplificador operacional de alta velocidad AD811 puede mejorar su capacidad de carga.
4 Diseño del software del sistema
4.1 Programa principal
El programa principal puede controlar todo el sistema, incluida la inicialización, visualización, cálculo, escaneo del teclado y frecuencia. control del sistema de control, control de amplitud y otras subrutinas, el flujo principal del programa se muestra en la Figura 7.
La inicialización puede configurar el sistema al estado de funcionamiento predeterminado y luego escanear el teclado para determinar si hay teclas presionadas para determinar las tareas que debe realizar el usuario. Al mismo tiempo, determina 23H. 4, 20H.1, 20H. 0 cada bit de indicador de función para determinar la función que debe completarse. Cuando 23H.4=1, el sistema de cálculo del valor de frecuencia funciona en modo contador de frecuencia; cuando 20H.1=1, el sistema de detección pico-pico detectará el valor pico-pico de la señal de salida: y cuando 20H.0=1; . Luego, el contenido de la pantalla LCD se actualiza y, cuando se completa la ejecución, regresa al programa de escaneo del teclado y realiza un bucle como este. Cada indicador de función está controlado por el teclado, la detección de pico a pico y los programas de sincronización para lograr diversas funciones.
4.2 Subrutina de escaneo del teclado
La subrutina de escaneo del teclado se muestra en la Figura 8. Porque hay demasiados botones.
Este sistema utiliza un teclado de 2 × 8 columnas para guardar los puertos de E/S y utiliza un programa para bajar las 8 líneas de columnas y luego determina si las 2 líneas de filas tienen un nivel bajo. Si no, significa que ningún botón tiene. de lo contrario, baje las líneas de las columnas en secuencia y luego determine si las líneas de las filas tienen un nivel bajo y determine el número de clave. Después de determinar el número de clave, vaya a. programa de función correspondiente al número de clave para su ejecución. El teclado facilita principalmente a los usuarios configurar la frecuencia, la amplitud, seleccionar el modo de trabajo y otras funciones.
4.3 Subrutina preestablecida digital de frecuencia de señal
El flujo del programa de control digital de frecuencia de señal se muestra en la Figura 9. Esta parte del programa se utiliza principalmente para convertir el valor de entrada del teclado en datos hexadecimales, y luego generar la palabra de control de frecuencia correspondiente y enviarla al chip DDS para cambiar el incremento de fase del DDS y finalmente generar la señal de frecuencia correspondiente.
5 Conclusión
A través de estrictas pruebas experimentales, se ha demostrado que este sistema puede realizar completamente la selección y configuración del tipo de señal de salida, el preajuste digital de la frecuencia de la señal y el ajuste de paso digital. de amplitud de señal usando DDS Es un generador de señal de función totalmente controlado numéricamente con amplia cobertura de frecuencia de señal de salida (0,023 Hz ~ 40 MHz), alta resolución de fuente de señal, pequeña distorsión de forma de onda y otras funciones. Tiene cierto valor de desarrollo práctico.