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1、 项目编号浙江科技学院大学生课外科技创新与实践项目立项申报表项目名称： 专业实验室用信号发生器的设计与制作 负 责 人： 叶俊杰 1教师 1学生 职称（学号）： 109022024 学院（专业、年级）： 通信工程091 联系电话： 13758116715 电子信箱： 申请日期： 2011 年 11 月 12 日 项目简况项目名称专业实验室用信号发生器的设计与制作学科领域BA.机械与控制；B信息技术；C数理；D生命科学；E能源化工F. 社会科学（包括哲学、经济、社会、法律、教育、管理等）起止时间2011年 11 月 2012 年 11 月预期成果31、自然科学学术论文2、社会科学类调查报告和学
2、术论文3、科技发明制作申请经费总 额500 元其中拨款 500 元其他经费及其来源项目负责人姓 名叶俊杰性别男联系方式13758116715所在院系电子与信息工程学院学 历本科在读专业年级通信工程091职 称学生研究特长C语言程序编程项目组成员姓名性别年龄职称专 业 院、系承担任务签 名薛益定男21学生通信工程信息学院程序调试任仁泽男21学生通信工程信息学院电路设计邱旭朝男21学生通信工程信息学院资料收集指导教师（学生填）张铮男31讲师通信工程信息学院指导老师接纳学生要求（填写人数、系别、年级、专业、及特殊要求）最多五人，通信电子系，擅长电路板设计或者程序设计与调试。项 目简 介（描述项目意义
3、、内容、创新特色与前景 400字左右）信号发生器是一种常用的信号源，广泛地应用于电子电路、自动控制系统和教学实验等领域。该项目目的为进行设计制作可产生三角波、方波、正弦波等多种特殊波形，波形的频率可用程序控制改变的多功能信号发生器。本项目的意义、创新点及国内外现状（附主要参考文献）：正弦信号发生器作为电子技术领域中最基本的电子仪器，广泛应用于航空航天测控、通信系统、电子对抗、电子测量、科研等各个领域中。随着电子信息技术的发展，对其性能的要求也越来越高，如要求频率稳定性高、转换速度快，具有调幅、调频、调相等功能，另外还经常需要两路正弦信号不仅具有相同的频率，同时要有确定的相位差。信号发生器还广泛
4、应用于通信，电信，软件等专业实验室，为使用者提供稳定可靠的信号源。但在建制实验室时，由于受资金所限，没有实现对每台套实验系统配备一整套的测量、调试设备，特别是“信号发生器”的欠缺，使得许多实验项目有很大一部分不能顺利开展。因此，添置实验用信号发生器成为许多专业实验向宽度和深度发展的重要因素，而考虑到实验室建设经费有限，市售动辄几千的信号源高不可攀，而将思路转为自制较合乎情理。二十一世纪，随着集成电路技术的高速发展，出现了多种工作频率可过 GHz 的DDS 芯片，同时也推动了函数波形发生器的发展，2003 年，Agilent的产品 33220A能够产生 17 种波形，最高频率可达到 20M，20
5、05 年的产品N6030A 能够产生高达 500MHz 的频率，采样的频率可达 1.25GHz。由上面的产品可以看出，函数波形发生器发展很快。现代，随着集成电路技术的高速发展，出现了多种工作频率可达GHz的DDS芯片，同时也推动了信号发生器的发展。目前而言，国外研究和使用的信号发生器大多要求频率在10HZ-50MHZ，产生正弦、三角、锯齿、方波、直流等波形，而国内则对频率在5*10HZ-40MHZ，能产生正弦-三角等基本波形已经调幅、调频、TTL等的信号发生器需求大。该系统以低功耗为出发点，用低功耗单片机AT89C52作为主控芯片,选用低功耗芯片AD9833为信号产生芯片。且使用DDS器件，具
6、有体积很小，电路简单的优点，整个系统可以做得很小，甚至可以作为手持设备使用，这就正好满足了当前技术的需要。此也为这次设计的两个创新点。本次项目是进行设计制作可产生三角波、方波、正弦波等多种特殊波形，波形的频率可用程序控制改变的多功能信号发生器。在单片机上加外围器件矩阵式键盘，通过键盘控制波形频率的增减以及波形的选择，并用了LCD显示频率大小。本设计具有线路简单、结构紧凑、价格低廉、性能优越等优点。 2主要研究内容、目标、方案及拟解决的关键问题：设计方案：现有三种较为成熟的设计方案，分别比较如下：一、基于XR-2206的模拟信号发生器设计XR-2206是由EXAR公司开发的一种单片集成函数发生器
7、电路，能产生高稳定度和高精度的正弦波、方波、三角波，该信号可受外部电压控制，从而实现振幅调制和频率调制，其工作频率范围是1Hz-100KHz。频率调节可通过外围电容容值的选取以及可变电阻的调整来实现。优点：制作成本低廉，设计简易，调节便利。缺点：不具备可编程功能，无法采用数字方式完成调节和显示功能，可扩展性有限，不利于后续开发。二、采用MAX038和微控制器的信号源MAX038是美信公司生产的通用波形发生芯片，能产生频率范围从0.1Hz20MHz，峰峰值2V的方波、正弦波、三角波。较XR-2206最大的优势在于可以通过其A1、A0两个引脚控制产生三种不同的波形，这为微控制器的引入带来了极大的便
8、利，而微控制器的引入，除了能够完成信号选取的功能之外，信号性质、调节过程均可由微控制器控制下的LCD完成显示，只需另行搭配峰值检测、波形成形模块即可完成一个非常完善的信号源，所有功能均可通过控制面板调节和显示，方便用户使用。也便于进行后续开发。优点：实现系统功能完整，便于二次开发，有利于毕业设计和竞赛使用。缺点：随着MAX038的停产，其价格居高不下，成本过于昂贵，较难体现自制仪器的优越性。三、采用AD98xx基于DDS的信号源DDS（直接数字频率合成）自1971年提出以来，随着高速超大规模集成电路的出现，其应用越来越广泛，并且其合成信号具有输出频率相对带宽较宽、频率转换时间短、频率分辨率极高
9、相位变化连续以及输出波形灵活等优点。其中AD公司生产的AD98xx系列DDS芯片售价不高、控制简单、信号性能较好，因此使用的非常广泛。如AD9833是一款低功耗、可编程波形发生器，能产生正弦波、三角波和方波输出。各种类型的传感、激励和时域反射仪应用都需要产生波形。输出频率和相位可通过软件进行编程，以便于调谐。无需外部元件。频率寄存器为28位；当时钟速率为25 MHz时，可以实现0.1 Hz的分辨率。同样，当时钟速率为1 MHz时，可以实现0.004 Hz的调谐分辨率。优点：成本低，主要工作为软件设计，可靠性最好。缺点：在设计难度上对设计者的要求更高。综上所述，将会采用第三种方案完成信号源的设计
10、制作。使用型号为AT89C52的单片机作为主控芯片，采用12MHz的晶振器为89C52提供时钟信号，使用AD9833来实现波形输出，通过液晶LM6021显示输出的波形、频率，通过键盘按钮调整，切换波形和频率。所需达到的技术指标：(1) 能产生正弦波、三角波和方波信号，并通过按键切换信号类型；(2) 通过按键可以以一定的步进改变频率；通过按键切换不同的波形； (3)输出波形振幅是500mV3V，步进500mV。误差为10% ；(4)输出波形频率是500Hz3000Hz，步进100Hz，误差为5% ；(5)方波占空比可调。需要解决的主要问题：（1）DDS采用数字技术，先构成离散信号再换成模拟信号输
11、出，尤其是要长生相位截断误差。因而噪声和杂散是不可避免的。在作品研制过程中，必须尽量减少这方面的干扰。（2）虽然AT89C52单片机具有硬件SPI总线功能，但是一次只能传输8位数 据位，而AD9833在接收数据时是16位数据位，因此，需要用软件模拟 SPI总线，如同软件模拟I2C总线；(3)AD9833在接收16位数据时是高位在前，低位在后；(4)先发送控制寄存器字然后发送想要的频率字；(5)发送数据前必须把FSYNC置成低电平，发送完以后把FSYNC置成高电平；(6)当对AD9833初始化时，为了避免DAC产生虚假输出，RESET必须置为1，直到配置完毕，需要输出时才将RESET置为0。RE
12、SET为0后的8到9个MCLK时钟周期就可在DAC的输出端观察到波形。该项目的预期目标为用AT89C52单片机构成的发生器，可产生三角波、方波、正弦波等多种特殊波形，波形的频率可用程序控制改变。带有信号类型、频率、幅度LCD显示，通过按键完成信号的选择与调整。在经费充裕的情况下，开模，组装功能完善的信号源成品。从而可向各专业实验室进行推广。参考文献：1 许慧波，张厥胜.DDS直接数字式频率合成综述M.西安.西安电子科技大学出版社，19892 崔建鹏，赵敏，江帆.采用DDS技术实现的虚拟任意波形发生器J.计算机测量与控制，2003,11（7）：5535553 李广弟.单片机基础M.北京.北京航空
13、航天大学出版社,1994:6-284 基于DDS实现信号发生器 微计算机信息2007年第23卷第7-1期5 全国大学生电子设计竞赛组委会编.第五届全国大学生电子设计竞赛获奖作品选编(2001).北京:北京理工大学出版社,20036 胡汉才.单片机原理及其接口技术.北京:清华大学出版社,20037 基于DDS技术的任意波形发生器研究 浙江大学王文华硕士学位论文8 基于DDS/SOPC的多路可调谐波信号发生器 电力自动化设备第28卷第11期9 姜萍,王建新,吉训生.FPGA实现的直接数字频率合成器.电子工程师.200210 AD公司A Technical Tutorial On Digital S
14、ignal Synthesis,199911 http:/ AD9833中文资料12 函数信号发生制作的方法比较 青岛远洋船员学院学报2007年第2期3、计划进度安排：（按文献查阅、调研、方案设计、实验研究、数据处理、研制开发、撰写论文或报告、结题和答辩、论文发表等环节安排时间进度）2011年11月1日-11月20日 完成文献查阅与方案设计，并于20号上交立项申请表格。2011年11月20日-2012年1月 进行实验研究与相关知识的积累与强化。2011下半学年到学院要求的结题日期，完成研制开发，作品成型，并撰写报告。其中2011下半学年主要进行作品的研发制作。结题后根据学院的安排进行答辩与论文
15、发表。4与本项目有关的工作条件（包括已有工作基础、实验条件等）： 51单片机学习板模块； AD9833芯片； 示波器； 电烙铁，焊枪，夹线钳等电路制作焊接的工具；LM6021液晶显示器； 导线等 5预期成果形式和效益：（成果类别：自然科学学术论文、社会科学类调查报告和学术论文、科技发明制作等3类，成果形式：论文、软件开发、专利、研究或调研报告、课件等）成果类别: 科技发明制作 成果形式：设计、产品研制 完成的作品能够用到实验室，为教学、科研服务。6经费预算（单位：元）： 合 计研究和开发业务费实验、材料费仪器设备、图书资料费相关经费50004005050购买主要设备、材料的名称、数量、金额：51单片机学习板 1 80AD9833芯片模块 1 50焊接所需的相应工具 1套 100导线 开关 电阻 晶振等零部件 若干 50LCD显示屏 1块 50图书等资料 50相关经费 50 7指导教师意见： （签名） 年 月 日8二级学院科技竞赛领导小组推荐意见：学院盖章： 组长：（签名）：年 月 日9学校大学生科技竞赛委员会（或校专家组）评审意见：（盖章）年 月 日