畢業(yè)設(shè)計(jì)---多功能函數(shù)信號(hào)發(fā)生模塊的硬件設(shè)計(jì)

1、<p>　　本科畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)</p><p>　　題目：多功能函數(shù)信號(hào)發(fā)生模塊的硬件設(shè)計(jì)</p><p>　　系 （部）： 電子信息工程 </p><p>　　專 業(yè)： 通信工程 </p><p>　　班 級(jí)： </p><p>　　學(xué) 生

2、： </p><p>　　學(xué) 號(hào)： </p><p>　　指導(dǎo)教師： </p><p><b>　　2011年06月</b></p><p>　　畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)書</p><p>　　1.畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)

3、題目： 多功能函數(shù)信號(hào)發(fā)生模塊的硬件設(shè)計(jì) </p><p>　　2.題目背景和意義：函數(shù)信號(hào)發(fā)生器是電子測(cè)量、電子產(chǎn)品及設(shè)備開發(fā)調(diào)試及電子工程相關(guān)課程實(shí)驗(yàn)必備的儀器設(shè)備之一，除供通信、儀表和信號(hào)采集處理、自動(dòng)控制系統(tǒng)測(cè)試用外，還廣泛用于其他非電測(cè)量領(lǐng)域。隨著電子儀器設(shè)備的數(shù)字化、智能化，ARM處理器越來(lái)越多的應(yīng)用到實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備中，不僅提高了設(shè)備的效率，而且增強(qiáng)了設(shè)

4、備的功能，減小了設(shè)備體積。本課題將結(jié)合函數(shù)信號(hào)發(fā)生芯片和ARM處理器設(shè)計(jì)一個(gè)多功能的函數(shù)信號(hào)發(fā)生模塊，該函數(shù)信號(hào)發(fā)生模塊可產(chǎn)生多種波形、頻率范圍寬，且使用方便、可通過(guò)計(jì)算機(jī)進(jìn)行操作、便于攜帶，可應(yīng)用于各種需要信號(hào)源的場(chǎng)合。 </p><p>　　3.設(shè)計(jì)(論文)的主要內(nèi)容(理工科含技術(shù)指標(biāo))：本課題主要完成整個(gè)函數(shù)信號(hào)發(fā)生模塊的硬件設(shè)計(jì)

5、與開發(fā)，其研究與實(shí)現(xiàn)需綜合利用ARM技術(shù)、函數(shù)信號(hào)發(fā)生芯片、電平轉(zhuǎn)換芯片、高速運(yùn)放及EDA工具進(jìn)行，具體設(shè)計(jì)內(nèi)容如下： </p><p>　?。?）熟悉使用EasyARM2103開發(fā)板及MAX038芯片使用； </p>

6、;<p>　?。?）完成設(shè)計(jì)方案分析及確定； </p><p>　?。?）完成硬件原理的設(shè)計(jì)與原理圖的繪制； </p><p>　?。?）完成PCB的設(shè)計(jì)及焊接、調(diào)試

7、 </p><p>　?。?）合作完成軟硬件聯(lián)調(diào)。 </p><p>　　主要技術(shù)指標(biāo)：

8、</p><p>　?。?）可產(chǎn)生多種波形，包括正弦波、方波、三角波； </p><p>　?。?）產(chǎn)生的信號(hào)的頻率為2-20MHZ； </p><p>　?。?）信號(hào)幅度、信號(hào)占空比、頻率可連續(xù)調(diào)節(jié)；

9、 </p><p>　?。?）信號(hào)發(fā)生模塊要求體積小、便于攜帶且使用方便。 </p><p>　　4.設(shè)計(jì)的基本要求及進(jìn)度安排(含起始時(shí)間、設(shè)計(jì)地點(diǎn))：本設(shè)計(jì)要求完成整個(gè)函數(shù)信號(hào)發(fā)生模塊的硬件設(shè)計(jì)及調(diào)試，并進(jìn)行軟硬件聯(lián)調(diào)。設(shè)計(jì)工作要求嚴(yán)格按照學(xué)校的計(jì)劃安排和各項(xiàng)規(guī)范進(jìn)行

10、，保質(zhì)保量完成任務(wù)書中各項(xiàng)工作，技術(shù)指標(biāo)滿足要求并認(rèn)真撰寫學(xué)位論文。 </p><p>　　畢業(yè)設(shè)計(jì)工作的進(jìn)度安排如下： </p><p>　　第1周—第2周：查找資料，做前期的準(zhǔn)備工作，學(xué)習(xí)相關(guān)的軟件開發(fā)環(huán)境的使用； &l

11、t;/p><p>　　第3周—第4周：方案設(shè)計(jì)分析確定，撰寫開題報(bào)告，準(zhǔn)備開題答辯； </p><p>　　第5周—第7周：熟悉開發(fā)環(huán)境，進(jìn)行原理圖的繪制； </p><p>　　第8周—第10周：運(yùn)用Protel99se軟件進(jìn)行PCB板的設(shè)計(jì)制作；

12、 </p><p>　　第11周—第12周：將軟件和硬件聯(lián)起來(lái)進(jìn)行調(diào)試； </p><p>　　第13周—第15周：撰寫畢業(yè)論文，進(jìn)行畢業(yè)答辯。 </p><p>　　5.畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)的工作量要求 撰寫15000

13、字論文 </p><p>　　① 實(shí)驗(yàn)(時(shí)數(shù))*或?qū)嵙?xí)(天數(shù))： 300學(xué)時(shí) </p><p>　?、?圖紙(幅面和張數(shù))*： A4兩張 <

14、;/p><p>　　③ 其他要求： 完成與課題相關(guān)的3000左右的文獻(xiàn)資料翻譯 </p><p>　　指導(dǎo)教師簽名： 年 月 日</p><p>　　學(xué)生簽名： 年 月 日</p><p>　　系主

15、任審批： 年 月 日</p><p>　　說(shuō)明：1本表一式二份，一份由學(xué)生裝訂入冊(cè)，一份教師自留。</p><p>　　2 帶*項(xiàng)可根據(jù)學(xué)科特點(diǎn)選填。</p><p>　　多功能函數(shù)信號(hào)發(fā)生模塊的硬件設(shè)計(jì)</p><p><b>　　摘 要</b></p>

16、<p>　　函數(shù)信號(hào)發(fā)生器是電子測(cè)量，電子產(chǎn)品及設(shè)備開發(fā)調(diào)試及電子工程相關(guān)課程實(shí)驗(yàn)必備的儀器設(shè)備之一，除供通信，儀表和信號(hào)采集處理，自動(dòng)控制系統(tǒng)測(cè)試使用以外，還廣泛用于其他非電測(cè)量領(lǐng)域。</p><p>　　課題針對(duì)信號(hào)發(fā)生器在電子設(shè)計(jì)領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用而提出，結(jié)合集成函數(shù)信號(hào)產(chǎn)生模塊、ARM技術(shù)及EDA技術(shù)，完成一套多功能、便攜且操作簡(jiǎn)單方便的函數(shù)信號(hào)發(fā)生模塊的硬件設(shè)計(jì)。模塊中函數(shù)信號(hào)產(chǎn)生芯片采用MAX

17、038芯片；信號(hào)產(chǎn)生芯片的工作由ARM處理器LPC2103控制；信號(hào)的放大基于高速運(yùn)放AD811；電平轉(zhuǎn)換基于MAX232芯片進(jìn)行；頻率的微調(diào)基于DAC0832及LM324進(jìn)行。論文首先介紹了基于ARM的函數(shù)信號(hào)發(fā)生模塊的設(shè)計(jì)方案；其次對(duì)課題實(shí)現(xiàn)的相關(guān)技術(shù)及芯片進(jìn)行了介紹，包括ARM技術(shù)、LPC2103、MAX038、AD811、DAC0832、LM324、B0505、CD4051及MAX232等芯片；在此基礎(chǔ)上，進(jìn)行了模塊硬件原理圖的

18、設(shè)計(jì)；最后進(jìn)行了PCB的設(shè)計(jì)制作。</p><p>　　所設(shè)計(jì)的信號(hào)發(fā)生模塊以LPC2103開發(fā)板為基礎(chǔ)結(jié)合軟件進(jìn)行了調(diào)試，運(yùn)行正常，功能符合設(shè)計(jì)要求。</p><p>　　關(guān)鍵詞：信號(hào)發(fā)生模塊；ARM；LPC2103； MAX038</p><p>　　The Hardware Design of Multi Function Signal Generating

19、Module</p><p><b>　　Abstract</b></p><p>　　Function Signal Generator is one of the foundmental devices in electronic measurement, electronic product design and debugging, and experimen

20、t of electronic-related courses. </p><p>　　The Paper for the signal generator in the extensive application of electronic design field, will combine the function signal generator module, ARM and EDA technolog

21、y, and then complete a multi-functional, portable and easy operation function signal generator module design. Function signal generator based on MAX038 chip; Signal generated by the ARM processor chip LPC2103 control; Si

22、gnal amplification based on high-speed op AD811; Level converter based on MAX232 chip; Frequency tuning were based o</p><p>　　Combinig with software design,the designed signal generator module is debugged an

23、d tested by the use of LPC2103 development board.The debug result shows that the module works well,satisfying the design requirements.</p><p>　　Key words: signal generator module; ARM; LPC2103; MAX038</p&

24、gt;<p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　摘 要I</b></p><p>　　AbstractII</p><p><b>　　目 錄III</b></p><p><b>　　1 緒論1</b>

25、</p><p><b>　　1.1前言1</b></p><p>　　1.2課題研究的意義1</p><p>　　1.3相關(guān)技術(shù)現(xiàn)狀2</p><p>　　1.3.1波形產(chǎn)生技術(shù)2</p><p>　　1.3.2ARM技術(shù)現(xiàn)狀2</p><p>　　1.3.3E

26、DA技術(shù)的現(xiàn)狀4</p><p>　　1.4課題的主要研究?jī)?nèi)容5</p><p>　　1.5課題研究的重點(diǎn)、難點(diǎn)5</p><p>　　1.5.1課題研究的重點(diǎn)5</p><p>　　1.5.2課題研究的難點(diǎn)6</p><p>　　1.6論文的結(jié)構(gòu)安排6</p><p>　　2 系

27、統(tǒng)設(shè)計(jì)方案7</p><p>　　2.1系統(tǒng)功能概述7</p><p>　　2.2課題設(shè)計(jì)及方案論證7</p><p>　　2.2.1制作函數(shù)發(fā)生器的方案一7</p><p>　　2.2.2制作函數(shù)發(fā)生器的方案二7</p><p>　　2.2.3制作函數(shù)發(fā)生器的方案三7</p><p&g

28、t;　　2.2.4制作函數(shù)發(fā)生器的方案四7</p><p>　　2.3系統(tǒng)整體方案選擇8</p><p>　　2.4相關(guān)技術(shù)選擇8</p><p>　　2.4.1處理器的選擇8</p><p>　　2.4.2信號(hào)產(chǎn)生芯片的選擇9</p><p>　　2.4.3電壓轉(zhuǎn)化芯片的選擇9</p>&l

29、t;p>　　2.4.4電平轉(zhuǎn)換芯片的選擇9</p><p>　　2.4.5功率（信號(hào)）放大芯片的選擇10</p><p>　　3 相關(guān)技術(shù)介紹11</p><p>　　3.1LPC2103處理器11</p><p>　　3.2信號(hào)發(fā)生模塊MAX038芯片12</p><p>　　3.3電平轉(zhuǎn)換模塊MA

30、X232芯片13</p><p>　　3.4DAC0832芯片的介紹14</p><p>　　3.5CD4501芯片的介紹15</p><p>　　3.6B0505芯片15</p><p>　　3.7LM324芯片16</p><p>　　3.8TLC5618芯片17</p><p>

31、;　　3.9AD811芯片17</p><p>　　4 系統(tǒng)硬件原理設(shè)計(jì)18</p><p>　　4.1電源模塊電路設(shè)計(jì)18</p><p>　　4.1.1 5V—1.8V電源轉(zhuǎn)換電路設(shè)計(jì)18</p><p>　　4.1.2 5V—3.3V電源轉(zhuǎn)換電路設(shè)計(jì)18</p><p>　　4.1.3 5V— -5V

32、電源轉(zhuǎn)換電路設(shè)計(jì)18</p><p>　　4.2硬件功能及模塊化分19</p><p>　　4.3LPC2103處理器電路設(shè)計(jì)19</p><p>　　4.3.1處理器電路排列19</p><p>　　4.3.2去耦電路的設(shè)計(jì)20</p><p>　　4.3.3晶振電路的設(shè)計(jì)21</p>&l

33、t;p>　　4.3.4復(fù)位電路的設(shè)計(jì)22</p><p>　　4.3.5JTAG接口電路的設(shè)計(jì)23</p><p>　　4.4基于MAX038的信號(hào)產(chǎn)生電路設(shè)計(jì)25</p><p>　　4.4.1波形選擇電路設(shè)計(jì)25</p><p>　　4.4.2頻段選擇電路設(shè)計(jì)26</p><p>　　4.4.3D/

34、A轉(zhuǎn)換電路設(shè)計(jì)28</p><p>　　4.4.4占空比微調(diào)電路設(shè)計(jì)28</p><p>　　4.4.5頻率微調(diào)電路設(shè)計(jì)29</p><p>　　4.5電平轉(zhuǎn)換模塊電路設(shè)計(jì)31</p><p>　　4.6信號(hào)放大電路設(shè)計(jì)32</p><p>　　5 系統(tǒng)調(diào)試33</p><p>　

35、　5.1系統(tǒng)硬件調(diào)試33</p><p>　　5.2軟硬件聯(lián)調(diào)35</p><p>　　5.3遇到問(wèn)題改進(jìn)35</p><p><b>　　6 結(jié)論36</b></p><p>　　6.1設(shè)計(jì)總結(jié)36</p><p>　　6.2設(shè)計(jì)收獲和體會(huì)36</p><p&g

36、t;　　6.3設(shè)計(jì)不足和改進(jìn)37</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)38</b></p><p><b>　　致 謝40</b></p><p>　　畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）知識(shí)產(chǎn)權(quán)聲明41</p><p>　　畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）獨(dú)創(chuàng)性聲明42</p><p>　　附錄A

37、 系統(tǒng)整體原理圖43</p><p><b>　　1 緒論</b></p><p><b>　　1.1前言</b></p><p>　　函數(shù)信號(hào)發(fā)生器是電子測(cè)量，電子產(chǎn)品及設(shè)備開發(fā)調(diào)試及電子工程相關(guān)課程實(shí)驗(yàn)必備的儀器設(shè)備之一，除供通信，儀表和信號(hào)采集處理，自動(dòng)控制系統(tǒng)測(cè)試用外，還廣泛用于其他非電測(cè)量領(lǐng)域。本課題的名稱

38、是“多功能函數(shù)信號(hào)發(fā)生模塊的硬件設(shè)計(jì)”，針對(duì)信號(hào)發(fā)生器在電子設(shè)計(jì)領(lǐng)域的廣泛應(yīng)用而提出，將結(jié)合函數(shù)信號(hào)產(chǎn)生模塊、ARM技術(shù)及面向?qū)ο缶幊碳夹g(shù)，完成一套多功能、便攜且操作簡(jiǎn)單方便的函數(shù)信號(hào)產(chǎn)生模塊的設(shè)計(jì)。課題主要完成整個(gè)模塊的硬件原理設(shè)計(jì)及核心功能實(shí)物的焊接、制作及調(diào)試。</p><p>　　1.2課題研究的意義</p><p>　　課題將結(jié)合函數(shù)信號(hào)發(fā)生芯片和ARM處理器設(shè)計(jì)一個(gè)可以產(chǎn)生多種

39、波形，頻率范圍寬，使用方便，便于攜帶的函數(shù)信號(hào)發(fā)生模塊，可用于各種需要信號(hào)源的場(chǎng)合。隨著電子儀器設(shè)備的數(shù)字化、智能化、ARM處理器越來(lái)越多的應(yīng)用到實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備中，不僅提高了設(shè)備的效率，而且增強(qiáng)了設(shè)備的功能，減小了設(shè)備體積。本課題研究的信號(hào)發(fā)生模塊，在生產(chǎn)實(shí)踐和科技領(lǐng)域中有著廣泛的應(yīng)用。能夠產(chǎn)生多種波形，如三角波，鋸齒波，矩形波（含方波），正弦波的信號(hào)發(fā)生模塊被稱為函數(shù)信號(hào)發(fā)生模塊。函數(shù)信號(hào)發(fā)生器是電子測(cè)量，電子產(chǎn)品及設(shè)備開發(fā)調(diào)試及電子工

40、程相關(guān)課程實(shí)驗(yàn)必備的儀器設(shè)備之一，其主要應(yīng)用場(chǎng)合有：</p><p>　?。?） 供通信，儀表和信號(hào)采集處理，自動(dòng)控制系統(tǒng)測(cè)試用，作為測(cè)試信號(hào)源。例如在通信，廣播，電視系統(tǒng)中，都需要射頻（高頻）發(fā)射這里的發(fā)射波就是載波，把音頻（低頻），視頻信號(hào)或脈沖信號(hào)運(yùn)載出去，就需要能夠產(chǎn)生高頻的信號(hào)源。</p><p>　?。?） 應(yīng)用于工農(nóng)業(yè)生產(chǎn)中，如高頻感應(yīng)加熱，熔煉，超聲診斷核磁共振成像等都需要

41、功率或大或小，頻率或高或低的信號(hào)源。</p><p>　?。?） 應(yīng)用于電子實(shí)驗(yàn)中，產(chǎn)生信號(hào)，并以其為基礎(chǔ)分析電路系統(tǒng)的功能并進(jìn)行電路系統(tǒng)的調(diào)試。</p><p>　?。?） 還可廣泛用于其他一些非電測(cè)量領(lǐng)域。</p><p>　　傳統(tǒng)的信號(hào)源一般體積較大，并且通常是不具備通過(guò)計(jì)算進(jìn)進(jìn)行操作的功能的，在一些特定的應(yīng)用場(chǎng)合使用不是很方便。本課題將結(jié)合函數(shù)信號(hào)發(fā)生芯片和

42、ARM處理器設(shè)計(jì)一個(gè)可以產(chǎn)生多種波形，頻率范圍寬，使用方便，便于攜帶的函數(shù)信號(hào)發(fā)生模塊，可應(yīng)用在各種需要產(chǎn)生信號(hào)源的場(chǎng)合。信號(hào)產(chǎn)生模塊是電子設(shè)計(jì)及實(shí)驗(yàn)最常用的設(shè)備之一，設(shè)計(jì)便攜、使用方便、功能強(qiáng)大的信號(hào)產(chǎn)生模塊具有很好的實(shí)際意義和使用價(jià)值。</p><p><b>　　1.3相關(guān)技術(shù)現(xiàn)狀</b></p><p>　　在本課題的研究及設(shè)計(jì)過(guò)程中綜合運(yùn)用了ARM技術(shù)、波形

43、產(chǎn)生技術(shù)、EDA技術(shù)?，F(xiàn)對(duì)課題實(shí)現(xiàn)的相關(guān)技術(shù)現(xiàn)狀做簡(jiǎn)要的介紹：</p><p>　　1.3.1波形產(chǎn)生技術(shù)</p><p>　　信號(hào)發(fā)生模塊是各種測(cè)試和實(shí)驗(yàn)過(guò)程中不可缺少的工具。而且信號(hào)發(fā)生模塊的設(shè)計(jì)方法多，設(shè)計(jì)技術(shù)也越來(lái)越先進(jìn)。隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)和科技的發(fā)展，信號(hào)發(fā)生模塊的設(shè)計(jì)方式有以下幾種：</p><p>　　(1) 利用振蕩電路和整形電路</p>&

44、lt;p>　　用這種信號(hào)產(chǎn)生方法，信號(hào)源功能較少，波形不豐富，精度不高，頻率上最高只能達(dá)到300KHZ，無(wú)法產(chǎn)生更高頻率的信號(hào)；在調(diào)節(jié)方式上,頻率和占空比不能獨(dú)立調(diào)節(jié)，兩者相互影響，其工作不穩(wěn)定。</p><p>　　(2) 采用專用直接數(shù)字合成DDS芯片</p><p>　　用這種方式設(shè)計(jì)的的函數(shù)信號(hào)發(fā)生模塊理論上講能產(chǎn)生任意波形并達(dá)到很高的頻率，但成本較高。</p>

45、<p>　　(3) 利用DDS波形產(chǎn)生技術(shù)</p><p>　　用FPGA和單片機(jī)相結(jié)合的方式實(shí)現(xiàn)頻率控制。這種方式能夠產(chǎn)生任意波形的信號(hào)，并且所能達(dá)到的信號(hào)頻率也較高，但需要大規(guī)模的FPGA，并且設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)相對(duì)較復(fù)雜。</p><p>　　(4) 采用單片集成芯片的函數(shù)信號(hào)發(fā)生模塊，如MAX038芯片。</p><p>　　集成的函數(shù)信號(hào)發(fā)生模塊可以達(dá)到

46、很高的頻率，精度好，且易于調(diào)試，也被稱為高頻精密函數(shù)信號(hào)發(fā)生模塊IC。在函數(shù)信號(hào)產(chǎn)生、頻率合成器，脈寬調(diào)制器等電路的設(shè)計(jì)上，都是優(yōu)選的器件；例如MAX038可以達(dá)到很高的頻率，精度好，且易于調(diào)試，因此它被稱為高頻精密函數(shù)信號(hào)發(fā)生模塊IC。在頻率合成器，脈寬調(diào)制器等電路的設(shè)計(jì)上，MAX038都是優(yōu)選的器件。它克服了以上中的缺點(diǎn)可以達(dá)到更高的技術(shù)指標(biāo)。</p><p>　　1.3.2ARM技術(shù)現(xiàn)狀</p>

47、<p>　　ARM（Advanced RISC Machines），既可以認(rèn)為是一個(gè)公司的名字，也可以認(rèn)為是對(duì)一類微處理器的通稱，還可以認(rèn)為是一種技術(shù)的名字。1991年ARM公司成立于英國(guó)劍橋，主要出售芯片設(shè)計(jì)技術(shù)的授權(quán)。目前，采用ARM技術(shù)知識(shí)產(chǎn)權(quán)（IP）核的微處理器，即我們通常所說(shuō)的ARM微處理器，已遍及工業(yè)控制、消費(fèi)類電子產(chǎn)品、通信系統(tǒng)、網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)、無(wú)線系統(tǒng)等各類產(chǎn)品?；贏RM技術(shù)的微處理器應(yīng)用約占據(jù)了32位RISC

48、微處理器75%以上的市場(chǎng)份額，ARM技術(shù)正在逐步滲入到生活的各個(gè)方面。</p><p>　　到目前為止，ARM微處理器及技術(shù)的應(yīng)用幾乎已經(jīng)深入到各個(gè)領(lǐng)域，內(nèi)核有以下幾種：</p><p>　　ARM7處理器采用了ARMV4T（馮·諾依曼）體系結(jié)構(gòu)，這種體系結(jié)構(gòu)將程序指令存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器合并在一起[2]。主要特點(diǎn)就是程序和數(shù)據(jù)共用一個(gè)存儲(chǔ)空間，程序指令存儲(chǔ)地址和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)地址指向同

49、一個(gè)存儲(chǔ)器的不同物理位置，采用單一的地址及數(shù)據(jù)總線，程序指令和數(shù)據(jù)的寬度相同。這樣，處理器在執(zhí)行指令時(shí)，必須先從存儲(chǔ)器中取出指令進(jìn)行譯碼，再取操作數(shù)執(zhí)行運(yùn)算?？傮w來(lái)說(shuō)ARM7體系結(jié)構(gòu)具有三級(jí)流水、空間統(tǒng)一的指令與數(shù)據(jù)Cache、平均功耗為0.6mW/MHz、時(shí)鐘速度為66MHz、每條指令平均執(zhí)行1.9個(gè)時(shí)鐘周期等特性。其中的ARM710、ARM720和ARM740為內(nèi)帶Cache的ARM核。ARM7指令集同Thumb指令集擴(kuò)展組合在一起

50、，可以減少內(nèi)存容量和系統(tǒng)成本。同時(shí)，它還利用嵌入式ICE調(diào)試技術(shù)來(lái)簡(jiǎn)化系統(tǒng)設(shè)計(jì)，并用一個(gè)DSP增強(qiáng)擴(kuò)展來(lái)改進(jìn)性能。ARM7體系結(jié)構(gòu)是小型、快速、低能耗、集成式的RISC內(nèi)核結(jié)構(gòu)。該產(chǎn)品的典型用途是數(shù)字蜂窩電話和硬盤驅(qū)動(dòng)器等，目前主流的ARM7內(nèi)核是ARM7TDMI、ARM7TDMI-S、ARM7EJ-S、ARM720T?，F(xiàn)在市場(chǎng)上用得最多的ARM7處理器有Samsun</p><p>　　ARM9處理器采用ARM

51、V4T（哈佛）[3]體系結(jié)構(gòu)。這種體系結(jié)構(gòu)是一種將程序指令存儲(chǔ)和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)分開的存儲(chǔ)器結(jié)構(gòu)，是一種并行體系結(jié)構(gòu)。其主要特點(diǎn)是程序和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在不同的存儲(chǔ)空間中，即程序存儲(chǔ)器和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器。它們是兩個(gè)相互獨(dú)立的存儲(chǔ)器，每個(gè)存儲(chǔ)器獨(dú)立編址、獨(dú)立訪問(wèn)。與兩個(gè)存儲(chǔ)器相對(duì)應(yīng)的是系統(tǒng)中的4套總線，程序的數(shù)據(jù)總線和地址總線，數(shù)據(jù)的數(shù)據(jù)總線和地址總線。這種分離的程序總線和數(shù)據(jù)總線可允許在一個(gè)機(jī)器周期內(nèi)同時(shí)獲取指令字和操作數(shù)，從而提高了執(zhí)行速度，使數(shù)據(jù)的吞吐量

52、提高了一倍。又由于程序和數(shù)據(jù)存儲(chǔ)器在兩個(gè)分開的物理空間中，因而取指和執(zhí)行能完全重疊。ARM9采用五級(jí)流水處理及分離的Cache結(jié)構(gòu)，平均功耗為0.7mW/MHz。時(shí)鐘速度為120MHz~200MHz，每條指令平均執(zhí)行1.5個(gè)時(shí)鐘周期[4]。與ARM7處理器系列相似，其中的ARM920、ARM940和ARM9E處理器均為含有Cache的CPU核，性能為132MIPS（120MHz時(shí)鐘，3.3V供電）或220MIPS（200MHz時(shí)鐘）。A

53、RM9處理器同時(shí)也配備Thumb指令擴(kuò)展、調(diào)試和Harvard總線。在生產(chǎn)工藝相同的情況下，性能</p><p>　　ARM10E處理器采用ARMVST體系結(jié)構(gòu)[6]，可以分為六級(jí)流水處理，采用指令與數(shù)據(jù)分離的Cache結(jié)構(gòu)，平均功耗1000mW，時(shí)鐘速度為300MHz，每條指令平均執(zhí)行1.2個(gè)時(shí)鐘周期。ARM10TDMI與所有ARM核在二進(jìn)制級(jí)代碼中兼容，內(nèi)帶高速32×16 MAC，預(yù)留DSP協(xié)處理器

54、接口。其中的VFP10（向量浮點(diǎn)單元）為七級(jí)流水結(jié)構(gòu)。其中的ARM1020T處理器則是由ARMl0TDMI、32KB指令、數(shù)據(jù)Caches及MMU部分構(gòu)成的。其系統(tǒng)時(shí)鐘高達(dá)300MHz時(shí)鐘，指令Cache和數(shù)據(jù)Cache分別為32KB，數(shù)據(jù)寬度為64位，能夠支持多種商用操作系統(tǒng)，適用于下一代高性能手持式因特網(wǎng)設(shè)備及數(shù)字式消費(fèi)類應(yīng)用。主流的ARM10內(nèi)核是ARM1020E、ARM1022E、ARM1026EJ-S等。</p>

55、<p>　　1.3.3EDA技術(shù)的現(xiàn)狀</p><p>　　電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化（Electronic Design Automation， EDA）技術(shù)是在電子計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)技術(shù)基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的計(jì)算機(jī)軟件系統(tǒng)，是指以計(jì)算機(jī)為工作平臺(tái)，融合了應(yīng)用電子技術(shù)、計(jì)算機(jī)技術(shù)、信息處理及智能化技術(shù)的最新成果，進(jìn)行電子產(chǎn)品的自動(dòng)化設(shè)計(jì) [3]。EDA技術(shù)是現(xiàn)代信息技術(shù)飛速發(fā)展的關(guān)鍵性技術(shù)之一，在經(jīng)濟(jì)建設(shè)、科技工程進(jìn)步以

56、及國(guó)防現(xiàn)代化建設(shè)中起著根本性的推動(dòng)作用。EDA技術(shù)是伴隨著計(jì)算機(jī)、集成電路、電子系統(tǒng)的設(shè)計(jì)發(fā)展起來(lái)的，至今已有30多年的歷程。目前，國(guó)內(nèi)常用的EDA軟件主要有Multisim、PSPICE、ORCAD、Protel等。</p><p>　?。?） Multisim Multisim軟件是由EDA工具軟件EWB(Electronics workbench)發(fā)展而來(lái)的，是EWB的升級(jí)版本。Multisim提供了一個(gè)

57、非常大的元件數(shù)據(jù)庫(kù)，并提供原理圖輸入接口、全部的數(shù)模Spice仿真功能、VHDL/Verilog設(shè)計(jì)接口與仿真功能、FPGA/CPLD綜合、RF設(shè)計(jì)能力和后處理功能，還可以進(jìn)行從原理圖到PCB布線工具包（如：Electronics Worbench 的Ultiboard）的無(wú)縫隙數(shù)據(jù)傳輸，界面直觀，操作方便。</p><p>　　（2） PSPICE PSPICE是（popular simulation pro

58、gramwith intergrated circuit emphasis)側(cè)重于集成電路的通用模擬程序的簡(jiǎn)稱。它是美國(guó)加州大學(xué)伯克利分校于1972年開發(fā)的電路仿真程序，1984年1月由美國(guó)Microsim公司首次推出。它是由Spice發(fā)展而來(lái)的面向PC機(jī)的通用電路模擬分析軟件。功能強(qiáng)大，包括電路圖繪制功能、電路模擬仿真功能、圖形后處理功能和元器件符號(hào)制作功能，以圖形方式輸入，自動(dòng)進(jìn)行電路檢查，生成網(wǎng)表，模擬和計(jì)算電路。它在眾多的計(jì)算機(jī)

59、輔助設(shè)計(jì)工具軟件中，以精度高、受到用戶的歡迎。</p><p>　?。?） ORCAD ORCAD是由ORCAD公司于20世紀(jì)80年代末推出的EDA軟件。目前OrCAD功能包括：供設(shè)計(jì)輸入的Orcad CaptureR，供類比與混合訊號(hào)模擬用的 PSpiceR A/D Basics，供電路板設(shè)計(jì)的 Orcad LayoutR 以及供高密度電路板自動(dòng)繞線的SPECCTRAR 4U，而新加入的SPECCTRA，用以

60、支援設(shè)計(jì)日益復(fù)雜的各種高速、高密度印刷電路板設(shè)計(jì)。SPECCTRA 提供設(shè)計(jì)師一種以形狀為基礎(chǔ)的，功能強(qiáng)大的繞線器，可在減少使用者介入情況下完成各種復(fù)雜設(shè)計(jì)。</p><p>　　（4） Protel Protel是PROTEL公司在20世紀(jì)80年代末推出的CAD工具，是PCB設(shè)計(jì)者的首選軟件。它較早在國(guó)內(nèi)使用，普及率最高，有些高校的電路專業(yè)還專門開設(shè)Protel課程，幾乎所在的電路公司都要用到它。早期的Pro

61、tel主要作為印刷板自動(dòng)布線工具使用，現(xiàn)在普遍使用的是Protel99SE，它是個(gè)完整的全方位電路設(shè)計(jì)系統(tǒng)，包含了電原理圖繪制、模擬電路與數(shù)字電路混合信號(hào)仿真、多層印刷電路板設(shè)計(jì)（包含印刷電路板自動(dòng)布局布線），可編程邏輯器件設(shè)計(jì)、圖表生成、電路表格生成、支持宏操作等功能，并具有Client/Server客戶/服務(wù)器體系結(jié)構(gòu)，同時(shí)還兼容一些其它設(shè)計(jì)軟件的文件格式，如ORCAD、PSPICE、EXCEL等。使用多層印制線路板的自動(dòng)布線，可實(shí)

62、現(xiàn)高密度PCB的100%布通率。但它最具代表性的是電路設(shè)計(jì)和PCB設(shè)計(jì)。</p><p>　　在這些EDA軟件中，Protel軟件功能強(qiáng)大、界面友好、使用方便，得到了廣泛的應(yīng)用。</p><p>　　1.4課題的主要研究?jī)?nèi)容</p><p>　　本課題將結(jié)合集成函數(shù)信號(hào)產(chǎn)生芯片、ARM處理器及EDA工具完成一套能產(chǎn)生多種波形，且使用簡(jiǎn)單方便的函數(shù)信號(hào)發(fā)生模塊的硬件設(shè)

63、計(jì)。所設(shè)計(jì)的硬件電路包括LPC2103處理器的電路設(shè)計(jì)、MAX038的信號(hào)產(chǎn)生電路設(shè)計(jì)，電平轉(zhuǎn)換電路設(shè)計(jì)，信號(hào)放大電路設(shè)計(jì)及電源電路設(shè)計(jì)。課題研究與設(shè)計(jì)主要進(jìn)行的工作有如下的幾個(gè)方面：</p><p>　?。?）查閱相關(guān)資料，熟悉課題的設(shè)計(jì)思想，并最終確定系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案。在查閱相關(guān)技術(shù)資料的基礎(chǔ)上，確定了以ARM處理器和集成信號(hào)波形發(fā)生芯片為核心的硬件電路設(shè)計(jì)方案。</p><p>　?。?/p>

64、2）在設(shè)計(jì)方案確定的基礎(chǔ)上，通過(guò)查閱芯片資料來(lái)確定芯片的選型，進(jìn)而完成整個(gè)系統(tǒng)硬件電路的設(shè)計(jì)和繪制，并完成系統(tǒng)的PCB布線。系統(tǒng)中ARM選用LPC2103，信號(hào)發(fā)生模塊芯片選用MAX038，電平轉(zhuǎn)換芯片選用MAX232，信號(hào)放大模塊選用AD811芯片。</p><p>　　（3）焊接制作出硬件實(shí)物圖并完成調(diào)試。在硬件原理設(shè)計(jì)完成的基礎(chǔ)上，焊接完成信號(hào)波形生成部分的實(shí)物的焊接與制作。</p><

65、p>　?。?）完成所設(shè)計(jì)的信號(hào)產(chǎn)生模塊的調(diào)試工作。調(diào)試時(shí)先進(jìn)行信號(hào)波形生成部分的的調(diào)試，然后結(jié)合EASYARM2103開發(fā)板進(jìn)行控制功能的調(diào)試。</p><p>　　1.5課題研究的重點(diǎn)、難點(diǎn)</p><p>　　1.5.1課題研究的重點(diǎn)</p><p>　　本課題是利用ARM技術(shù)，借助信號(hào)發(fā)生器現(xiàn)成模塊MAX038，通過(guò)外圍電路的設(shè)計(jì)來(lái)實(shí)現(xiàn)各項(xiàng)相應(yīng)技術(shù)指標(biāo)要

66、求，工作重點(diǎn)如下：</p><p>　?。?）查閱相關(guān)資料并加以確定設(shè)計(jì)思路，明確系統(tǒng)功能，完成系統(tǒng)功能模塊的設(shè)計(jì)；</p><p>　?。?）在系統(tǒng)需求及設(shè)計(jì)技術(shù)指標(biāo)的要求下，根據(jù)設(shè)計(jì)方案選擇芯片并加以論證方案；</p><p>　　（3）在方案設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上，結(jié)合技術(shù)指標(biāo)設(shè)計(jì)原理圖及PCB制作，并配合軟件設(shè)計(jì)人員進(jìn)行程序調(diào)試。</p><p&g

67、t;　　1.5.2課題研究的難點(diǎn)</p><p>　　在整個(gè)設(shè)計(jì)工作中，如何采用有效的方式通過(guò)操作進(jìn)行信號(hào)的控制使其信號(hào)穩(wěn)定及避免干擾這是工作的難點(diǎn)所在，需要在PCB設(shè)計(jì)及硬件原理設(shè)計(jì)時(shí)綜合考慮各種抗干擾措施。同時(shí)，在系統(tǒng)設(shè)計(jì)中如何將各種技術(shù)融合在一起完成整個(gè)系統(tǒng)的功能也是要進(jìn)行深入研究的內(nèi)容。</p><p>　　1.6論文的結(jié)構(gòu)安排</p><p>　　論文由六

68、章組成，主要內(nèi)容及結(jié)構(gòu)安排如下：</p><p>　　第1章 緒論：闡述本課題的背景，課題來(lái)源與意義，介紹制作信號(hào)發(fā)生的相關(guān)技術(shù)現(xiàn)狀。</p><p>　　第2章 課題設(shè)計(jì)方案：介紹課題設(shè)計(jì)方案，課題實(shí)現(xiàn)的各種方案加以論證并確定本課題設(shè)計(jì)方案。</p><p>　　第3章 相關(guān)技術(shù)介紹：本章主要介紹相關(guān)技術(shù)介紹，闡述每個(gè)系統(tǒng)模塊的功能，并選擇性價(jià)比較好的芯片等方面的

69、內(nèi)容。</p><p>　　第4章 信號(hào)產(chǎn)生模塊硬件設(shè)計(jì)：主要介紹硬件原理圖的設(shè)計(jì)，具體介紹各部分的原理圖設(shè)計(jì)。</p><p>　　第5章 系統(tǒng)調(diào)試及性能分析：主要介紹系統(tǒng)調(diào)試及性能分析，闡述整個(gè)系統(tǒng)在制作完成后的軟件及硬件的相關(guān)參數(shù)檢測(cè)以及整體系統(tǒng)的運(yùn)行檢查和聯(lián)調(diào)。</p><p>　　第6章 設(shè)計(jì)總結(jié)：主要介紹系統(tǒng)設(shè)計(jì)總結(jié)，主要包括設(shè)計(jì)收獲和體會(huì)，整個(gè)設(shè)計(jì)工作

70、的不足之處和需要改進(jìn)的方面。</p><p><b>　　2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案</b></p><p><b>　　2.1系統(tǒng)功能概述</b></p><p>　　課題將結(jié)合集成函數(shù)信號(hào)產(chǎn)生芯片、ARM處理器及EDA工具完成一套多功能函數(shù)信號(hào)發(fā)生模塊的硬件設(shè)計(jì)。對(duì)于函數(shù)信號(hào)發(fā)生模塊的設(shè)計(jì)功能概述如下：</p>

71、<p>　?。?）能夠產(chǎn)生多種波形，包括三角波、方波、正弦波；</p><p>　　（2）具有信號(hào)放大作用；</p><p>　?。?）能夠控制信號(hào)產(chǎn)生模塊；</p><p>　?。?）能接收上位機(jī)的指令，進(jìn)行相應(yīng)的設(shè)置和功能控制。</p><p>　　本課題設(shè)計(jì)的信號(hào)發(fā)生模塊的主要性能指標(biāo)要求如下：</p><

72、p>　?。?）可產(chǎn)生多種波形，包括正弦波、方波、三角波；</p><p>　?。?）產(chǎn)生的信號(hào)的頻率為：0.1Hz~20MHZ（八個(gè)頻段）；</p><p>　?。?）信號(hào)幅度（0~5V），信號(hào)占空比（10%~90%），頻率可連續(xù)調(diào)節(jié)（50%）；</p><p>　?。?）信號(hào)發(fā)生模塊要求體積小，便于攜帶且使用方便。</p><p>　

73、　課題將結(jié)合ARM處理器LPC2103，函數(shù)信號(hào)發(fā)生模塊及EDA工具Protel99SE完成整個(gè)函數(shù)信號(hào)發(fā)生模塊的硬件設(shè)計(jì)。 </p><p>　　2.2課題設(shè)計(jì)及方案論證</p><p>　　2.2.1制作函數(shù)發(fā)生器的方案一</p><p>　　利用振蕩電路和整形電路。特點(diǎn)：功能較少，精度不高，頻率上只有300KHZ，無(wú)法產(chǎn)生更高頻率的信號(hào)，調(diào)節(jié)方式，頻率和占空比

74、不能獨(dú)立調(diào)節(jié)，兩者相互影響，其工作不穩(wěn)定。</p><p>　　2.2.2制作函數(shù)發(fā)生器的方案二</p><p>　　利用DDS波形產(chǎn)生技術(shù)，采用FPGA和單片機(jī)相結(jié)合的方式實(shí)現(xiàn)頻率控制。特點(diǎn)：只產(chǎn)生三種常見波形，需要大規(guī)模的FPGA。</p><p>　　2.2.3制作函數(shù)發(fā)生器的方案三</p><p>　　采用專用直接數(shù)字合成DDS芯片的

75、函數(shù)信號(hào)發(fā)生模塊。特點(diǎn)：能產(chǎn)生任意波形并達(dá)</p><p>　　到很高的頻率，但成本較高。</p><p>　　2.2.4制作函數(shù)發(fā)生器的方案四</p><p>　　采用單片集成芯片的函數(shù)信號(hào)發(fā)生模塊，如MAX038。特點(diǎn)：MAX038[16]達(dá)到很高的頻率，精度好，且易于調(diào)試，因此它被稱為高頻精密函數(shù)信號(hào)發(fā)生模塊IC。在頻率合成器，脈寬調(diào)制器等電路的設(shè)計(jì)上，MAX

76、038都是優(yōu)選的器件。它克服了以上中的缺點(diǎn)可以達(dá)到更高的技術(shù)指標(biāo)。</p><p>　　2.3系統(tǒng)整體方案選擇</p><p>　　比較以上四種方案，從工程實(shí)用性及性價(jià)比方面比較，首選方案四，不僅簡(jiǎn)化了系統(tǒng)復(fù)雜度還節(jié)約了硬件成本。設(shè)計(jì)的函數(shù)發(fā)生器便于攜帶，且還具有可調(diào)范圍大、精度高、信號(hào)穩(wěn)定等特點(diǎn)。</p><p>　　通過(guò)對(duì)各種信號(hào)產(chǎn)生方式進(jìn)行研究及對(duì)比分析，以及

77、相關(guān)文獻(xiàn)資料的查閱，對(duì)本課題的實(shí)現(xiàn)提出以下的設(shè)計(jì)方案：</p><p>　　圖1 信號(hào)發(fā)生模塊整體設(shè)計(jì)方案</p><p>　　本課題的設(shè)計(jì)方案的工作原理如下：</p><p>　?。?）上位機(jī)（操作界面）主要用來(lái)發(fā)出操作指令和顯示結(jié)果數(shù)據(jù)，一般為PC計(jì)算機(jī)，在屏幕上顯示各種信號(hào)變化，負(fù)責(zé)數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)、歷史數(shù)據(jù)分析、趨勢(shì)分析，此外還可以將系統(tǒng)的控制參數(shù)傳輸給ARM處

78、理器，直接發(fā)出操控命令。</p><p>　?。?）ARM處理器LPC2103作為系統(tǒng)控制中心，是用來(lái)處理上位機(jī)發(fā)來(lái)的數(shù)據(jù)及指令，并作出響應(yīng)將指令傳送給信號(hào)產(chǎn)生芯片。</p><p>　?。?）MAX038作為函數(shù)發(fā)生器的核心，一方面通過(guò)接收ARM處理器傳送的數(shù)據(jù)，一方面將產(chǎn)生三角波、方波、正弦波傳送給信號(hào)放大電路。</p><p>　?。?）電平轉(zhuǎn)換部分采用MAX

79、232芯片，完成TTL電平與RS232電平之間的轉(zhuǎn)換，從而建立起 ARM處理器及上位機(jī)之間的數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換及通信通道。</p><p>　?。?）信號(hào)放大電路對(duì)MAX038傳送出來(lái)的信號(hào)進(jìn)行放大處理。通過(guò)高速型放大器AD811實(shí)現(xiàn)信號(hào)放大，從而實(shí)現(xiàn)信號(hào)峰峰值技術(shù)指標(biāo)要求。</p><p><b>　　2.4相關(guān)技術(shù)選擇</b></p><p>　　2

80、.4.1處理器的選擇</p><p>　　處理器選用ARM7系列的32位處理器LPC2103。LPC2103是一個(gè)具有通用目的32位微處理器，它尺寸小、功耗低、價(jià)格便宜等明顯優(yōu)點(diǎn)，非常適合于那些將小型化作為主要要求的應(yīng)用。LPC2103基于一個(gè)支持實(shí)時(shí)仿真的ARM7TDMI-S CPU，并帶有8kB和32kB嵌入的高速Flash存儲(chǔ)器。128位寬度的存儲(chǔ)器接口和獨(dú)特的加速結(jié)構(gòu)使32位代碼能夠在最大時(shí)鐘速率下運(yùn)行。

81、這可以使得中斷服務(wù)程序和DSP算法中重要功能的性能較Thumb模式提高30%。對(duì)代碼規(guī)模有嚴(yán)格控制的應(yīng)用可使用16位Thumb模式將代碼規(guī)模降低超過(guò)30%，而性能的損失卻很小。由于2103非常小的尺寸和極低的功耗，非常適合于那些將小型化作為主要要求的應(yīng)用。多個(gè)UART、SPI、SSP和2個(gè)I2C總線組成的混合串行通信接口和片內(nèi)2kB/4kB/8kB的SRAM一起作用，可使得LPC2103非常適合用來(lái)實(shí)現(xiàn)通信網(wǎng)關(guān)和協(xié)議轉(zhuǎn)換器、數(shù)學(xué)協(xié)處理器

82、以及足夠大空間的緩沖區(qū)的強(qiáng)大處理功能。而多個(gè)32位和16位的定時(shí)器、一個(gè)經(jīng)改良后的10位ADC、PWM特性(通過(guò)所有定時(shí)器上的一個(gè)輸出匹配來(lái)實(shí)現(xiàn))和32個(gè)快速GPIO(含有多達(dá)9個(gè)邊沿或</p><p>　　2.4.2信號(hào)產(chǎn)生芯片的選擇</p><p>　　MAX038是MAXIM公司生產(chǎn)的一種具有高頻、高精度、低輸出電阻而且驅(qū)動(dòng)能力很強(qiáng)的函數(shù)信號(hào)發(fā)生器芯片。它的內(nèi)部電路主要由振蕩器、振蕩

83、頻率控制器、2.5 V基準(zhǔn)電壓源、正弦波形發(fā)生器、比較器、多路模擬開關(guān)、相位比較器組成。</p><p>　　MAX038主要性能特點(diǎn)如下：</p><p>　　? 能精密地產(chǎn)生正弦波、矩形波(含方波)、三角波信號(hào)。</p><p>　　? 頻率范圍從0.1 Hz～20 MHz，最高可達(dá)40MHz，各種波形的輸出幅度均為2 V(P-P)。</p>&l

84、t;p>　　? 占空比調(diào)節(jié)范圍寬，占空比和頻率均可單獨(dú)調(diào)節(jié)，二者互不影響，占空比最大調(diào)節(jié)范圍為10％～90％。</p><p>　　? 波形失真小，正弦波失真度小于0.75%，占空比調(diào)節(jié)時(shí)的非線性度低于2%。</p><p>　　? 采用±5 V雙電源供電，允許有5%變化范圍，電源電流為80 mA，典型功耗400 mW，工作溫度范圍為0～70℃。</p>&l

85、t;p>　　? 內(nèi)設(shè)2.5 V電壓基準(zhǔn)，可利用該電壓設(shè)定FADJ、DADJ的電壓值，從而實(shí)現(xiàn)頻率微調(diào)和占空比調(diào)節(jié)。</p><p>　　2.4.3電壓轉(zhuǎn)化芯片的選擇</p><p>　　利用 LM1117-3.3、LM1117-1.8電路獲得3.3V電壓和1.8V電壓，使LPC2103內(nèi)核與外核管腳正常工作；由于日常電源電路利用USB 5V 供電，利用B0505電壓轉(zhuǎn)換器電路連接實(shí)現(xiàn)

86、-5V電源供電，實(shí)現(xiàn)MAX038的±5 V雙電源供電。</p><p>　　2.4.4電平轉(zhuǎn)換芯片的選擇</p><p>　　MAX232該產(chǎn)品是由德州儀器公司（TI）推出的一款兼容RS232標(biāo)準(zhǔn)的芯片。由于電腦串口RS232電平是-10V、+10V，而一般的單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的信號(hào)電壓是TTL電平0 V、+5V，MAX232就是用來(lái)進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換的，該器件包含2驅(qū)動(dòng)器、2接收器和一個(gè)

87、電壓發(fā)生器電路提供TIA/EIA-232-F電平。該器件符合TIA/EIA-232-F標(biāo)準(zhǔn)，每一個(gè)接收器將TIA/EIA-232-F電平轉(zhuǎn)換成5-V TTL/CMOS電平。每一個(gè)發(fā)送器將TTL/CMOS電平轉(zhuǎn)換成TIA/EIA-232-F電平。</p><p>　　MAX232應(yīng)用電路，注意電容接法。232是電荷泵芯片，可以完成兩路TTL/RS-232電平的轉(zhuǎn)換，它的9、10、11、12引腳是TTL電平端，用來(lái)連

88、接單片機(jī)的。</p><p>　　MAX232獲得正負(fù)電源的另一種方法 在單片機(jī)控制系統(tǒng)中，我們時(shí)常要用到數(shù)/模（D/A）或者模/數(shù)(A/D)變換以及其它的模擬接口電路，這里面要經(jīng)常用到正負(fù)電源，例如：9V，-9V；12V，-12V。這些電源僅僅作為數(shù)字和模擬控制轉(zhuǎn)換接口部件的小功率電源。在控制板上，我們有的只是5V電源，可又有很多方法獲得非5V電源。外接DC-DC變換，MAX232是TTL—RS232電平轉(zhuǎn)換的

89、典型芯片，按照芯片的推薦電路，取振蕩電容為uF的時(shí)候，若輸入為5V，輸出可以達(dá)到-14V左右，輸入為0V，輸出可以達(dá)到14V，在扇出電流為20mA的時(shí)候，處處電壓可以穩(wěn)定在12V和-12V。因此，在功耗不是很大的情況下，可以將MAX232的輸出信號(hào)經(jīng)穩(wěn)壓塊后作電源使用。</p><p>　　2.4.5功率（信號(hào)）放大芯片的選擇</p><p>　　由于MAX038產(chǎn)生的各種波形的輸出幅度均

90、為2 V(P-P)，而設(shè)計(jì)指標(biāo)要求的峰峰值是5V，需要對(duì)輸出的信號(hào)進(jìn)行一定的幅度放大；在信號(hào)源的最后一級(jí)加上放大電路，除對(duì)幅度有一定放大外，同時(shí)也進(jìn)行一定的功率放大，以提高信號(hào)源的負(fù)載能力。</p><p>　　AD811是一個(gè)寬帶高速電流反饋型運(yùn)算放大器，MAX038產(chǎn)生的各種波形的輸出幅度均為2 V(P-P)。為達(dá)到本設(shè)計(jì)技術(shù)指標(biāo)要求，選用AD811（寬帶高速電流反饋型運(yùn)算放大器），其小信號(hào)帶寬(G=+2時(shí))

91、達(dá)120 MHz，輸出電流達(dá)100 mA，短路輸出電流可達(dá)150 mA。在本課題中，AD811的電壓放大增益為2，主要起功率放大的作用。</p><p><b>　　3 相關(guān)技術(shù)介紹</b></p><p>　　系統(tǒng)在設(shè)計(jì)中采用ARM處理器進(jìn)行接收并發(fā)送指令給信號(hào)產(chǎn)生芯片；使用MAX232芯片作為電平轉(zhuǎn)換的核心芯片；使用MAX038芯片作為信號(hào)產(chǎn)生芯片；使用AD81

92、1芯片作為信號(hào)功率放大芯片；使用protel99 SE完成系統(tǒng)原理圖的設(shè)計(jì)及PCB的設(shè)計(jì)。</p><p>　　3.1LPC2103處理器</p><p>　　處理器LPC2103是系統(tǒng)的控制核心，LPC2103是一個(gè)具有通用目的的32位微處理器，LPC2103基于一個(gè)支持實(shí)時(shí)仿真的ARM7TDMI-S CPU，并帶有8kB和32kB嵌入的高速Flash存儲(chǔ)器。128位寬度的存儲(chǔ)器接口和獨(dú)

93、特的加速結(jié)構(gòu)使32位代碼能夠在最大時(shí)鐘速率下運(yùn)行。這可以使得中斷服務(wù)程序和DSP算法中重要功能的性能較Thumb模式提高30%。對(duì)代碼規(guī)模有嚴(yán)格控制的應(yīng)用可使用16位Thumb模式將代碼規(guī)模降低超過(guò)30%，而性能的損失卻很小。由于2103非常小的尺寸和極低的功耗，它們非常適合于那些將小型化作為主要要求的應(yīng)用，多個(gè)UART、SPI到SSP和2個(gè)I2C總線組成的混合串行通信接口和片內(nèi)2kB/4kB/8kB的SRAM一起作用，可使得LPC21

94、03非常適合用來(lái)實(shí)現(xiàn)通信網(wǎng)關(guān)和協(xié)議轉(zhuǎn)換器、數(shù)學(xué)協(xié)處理器以及足夠大空間的緩沖區(qū)的強(qiáng)大處理功能。而多個(gè)32位和16位的定時(shí)器、一個(gè)經(jīng)改良后的10位ADC、PWM特性(通過(guò)所有定時(shí)器上的一個(gè)輸出匹配來(lái)實(shí)現(xiàn))和32個(gè)快速GPIO(含有多達(dá)9個(gè)邊沿或電平有效的外部中斷管腳)使它們特別適用于工業(yè)控制和醫(yī)療系統(tǒng)。它尺寸小、功耗低、價(jià)格便宜等</p><p>　　LPC2103主要特性：</p><p>

95、　　? 16/32位ARM7TDMI-S 處理器，極小型LQFP48封裝；</p><p>　　? 2kB/4kB/8kB的片內(nèi)靜態(tài)RAM，8kB/16kB/32kB的片內(nèi)Flash程序存儲(chǔ)器，128位寬的接口/加速器使其實(shí)現(xiàn)了70MHz的高速操作；</p><p>　　? 10位的A/D轉(zhuǎn)換器含有8個(gè)模擬輸入，每個(gè)通道的轉(zhuǎn)換時(shí)間低至2.44μs,專用的結(jié)果寄存器使中斷開銷降到最低；<

96、;/p><p>　　? 2個(gè)32位的定時(shí)器/外部事件計(jì)數(shù)器，具有7路捕獲和7路比較通道；</p><p>　　? 2個(gè)16位的定時(shí)器/外部事件計(jì)數(shù)器，具有3路捕獲和7路比較通道；</p><p>　　? 低功耗實(shí)時(shí)時(shí)鐘(RTC)，有獨(dú)立的供電電源和專門的32kHz時(shí)鐘輸入；</p><p>　　? 多個(gè)串行接口，包括2個(gè)UART(16C550)，

97、2個(gè)快速I2C總線(400kbits/s)以及帶緩沖和可變數(shù)據(jù)長(zhǎng)度功能的SPI和SSP；</p><p>　　? 向量中斷控制器，可配置優(yōu)先級(jí)和向量地址</p><p>　　? 多達(dá)32個(gè)可承受5V的通用I/O口；</p><p>　　? 高達(dá)13個(gè)邊沿或電平有效的外部中斷管腳；</p><p>　　? 通過(guò)可編程的片內(nèi)PLL(可能的輸入頻率

98、范圍：10MHz～25MHz)可實(shí)現(xiàn)最大為70MHz的CPU時(shí)鐘頻率，設(shè)置時(shí)間為100μs；</p><p>　　? 片內(nèi)集成的振蕩器，工作在1MHz～25MHz的外部晶體下；</p><p>　　? 節(jié)電模式包括空閑模式、RTC有效的睡眠模式和掉電模式；</p><p>　　? 通過(guò)外設(shè)功能的單獨(dú)使能/禁止和調(diào)節(jié)外設(shè)時(shí)鐘來(lái)實(shí)現(xiàn)功耗的最優(yōu)化；</p>

99、<p>　　? 通過(guò)外部中斷或RTC將處理器從掉電模式中喚醒。</p><p>　　LPC2103管腳定義如圖3.1所示</p><p>　　圖3.1 LPC2103管腳圖</p><p>　　3.2信號(hào)發(fā)生模塊MAX038芯片</p><p>　　MAX038芯片是一種高頻精密的函數(shù)發(fā)生器，可產(chǎn)生三角波、正弦波、方波等，且頻率及占

100、空比的控制可獨(dú)立進(jìn)行。MAX038芯片如圖3.2及功能詳解如下。</p><p>　　圖3.2 MAX038芯片管腳圖</p><p>　　MAX038芯片[17]各引腳功能簡(jiǎn)述如下：</p><p>　　REF：芯片內(nèi)部2．5 V參考電壓輸出；</p><p><b>　　GND：模擬地；</b></p>

101、;<p>　　A1，A0：輸出波形選擇，TTL／CMOS兼容；</p><p>　　COSC：內(nèi)部震蕩器外接電容；</p><p>　　FADJ，DADJ：輸出頻率、占空比調(diào)節(jié)；</p><p>　　IIN：震蕩頻率控制器電流輸入；</p><p>　　PDI，PDO：內(nèi)部鑒相器輸入、輸出；</p><p&g

102、t;　　SYNC：同步信號(hào)輸出，允許內(nèi)部震蕩器與外電路同步；</p><p>　　DGND，DV+：內(nèi)部數(shù)字電路電源；</p><p>　　V+，V-：MAX038電源(+5 V，-5 V)；</p><p>　　OUT：波形輸出端。</p><p>　　MAX038的性能特點(diǎn):</p><p>　　? 能精密地產(chǎn)生三

103、角波、方波、正弦波信號(hào)。</p><p>　　? 頻率范圍從0.1Hz～20MHz，最高可達(dá)40MHz，各種波形的輸出幅度均為2V(P-P)。</p><p>　　? 占空比調(diào)節(jié)范圍寬，占空比和頻率均可單獨(dú)調(diào)節(jié)，互不影響，占空比最大調(diào)節(jié)范圍10%～90%。</p><p>　　? 波形失真小，正弦波失真度小于0.75%，占空比調(diào)節(jié)時(shí)非線性度低于2%。</p&g

104、t;<p>　　? 采用±5V雙電源供電，允許有5%變化范圍，電源電流為80mA，典型功耗400MW，工作溫度范圍為0～70℃。</p><p>　　? 內(nèi)設(shè)2.5V電壓基準(zhǔn)，利用控制端FADJ、DADJ實(shí)現(xiàn)頻率微調(diào)和占空比調(diào)節(jié)。</p><p>　　3.3電平轉(zhuǎn)換模塊MAX232芯片</p><p>　　串行通訊時(shí)要滿足一定的條件，比如電腦

105、的串口是RS232電平的，而處理器的串口是TTL電平的，兩者之間必須有一個(gè)電平轉(zhuǎn)換電路，我們采用了專用芯片MAX232進(jìn)行轉(zhuǎn)換，雖然也可以用幾個(gè)三極管進(jìn)行模擬轉(zhuǎn)換，但是還是用專用芯片更簡(jiǎn)單可靠。MAX232是由德州儀器公司（TI）推出的一款兼容RS232標(biāo)準(zhǔn)的芯片。由于電腦串口RS232電平是-10v+10v，而一般的單片機(jī)應(yīng)用系統(tǒng)的信號(hào)電壓是TTL電平0 +5v，MAX232就是用來(lái)進(jìn)行電平轉(zhuǎn)換的，該器件包含2驅(qū)動(dòng)器、2接收器和一個(gè)電

106、壓發(fā)生器電路提供TIA/EIA-232-F電平。該器件符合TIA/EIA-232-F標(biāo)準(zhǔn)，每一個(gè)接收器將TIA/EIA-232-F電平轉(zhuǎn)換成5-V TTL/CMOS電平。每一個(gè)發(fā)送器將TTL/CMOS電平轉(zhuǎn)換成TIA/EIA-232-F電平。MAX232的管腳定義如圖3.3所示。</p><p>　　圖3.3 MAX232的管腳圖</p><p>　　MAX232的主要特性如下：&l

107、t;/p><p>　?。?）單5V電源工作</p><p>　?。?）LinBiCMOSTM工藝技術(shù)</p><p>　　（3）兩個(gè)驅(qū)動(dòng)器及兩個(gè)接收器</p><p>　?。?）±30V輸入電平</p><p>　　（5）低電源電流：典型值是8Ma</p><p>　?。?）符合甚至優(yōu)于A

108、NSI標(biāo)準(zhǔn) EIA/TIA-232-E及ITU推薦標(biāo)準(zhǔn)V.28</p><p>　?。?）ESD保護(hù)大于MIL-STD-883（方 法3015）標(biāo)準(zhǔn)的2000V。</p><p>　　3.4DAC0832芯片的介紹</p><p>　　DAC0832是8位的D/A轉(zhuǎn)換器，可以連接數(shù)據(jù)總線為8位、16位或更多位的CPU。當(dāng)連接8位CPU時(shí)，DAC0832的數(shù)據(jù)線DI0

109、～DI7可以直接接到CPU的數(shù)據(jù)總線D0～D7，當(dāng)連接16位或更多位的CPU時(shí)，DAC0832的數(shù)據(jù)線DI0～DI7接到CPU數(shù)據(jù)總線的低8位(D0～D7)，為了提高數(shù)據(jù)總線的驅(qū)動(dòng)能力，D0～D7可經(jīng)過(guò)數(shù)據(jù)總線驅(qū)動(dòng)器(如74LS244)，再接到DAC0832的數(shù)據(jù)輸入端(DI0～DI7)。DAC0832芯片引腳圖如圖3.4所示。</p><p>　　圖3.4 DAC0832芯片引腳圖</p>

110、<p>　　3.5CD4501芯片的介紹</p><p>　　CD4501為8 通道單刀結(jié)構(gòu)形式，它允許雙向使用，可用于多到一的切換輸出或一到多的輸出切換。當(dāng)處理器發(fā)出的指令為00時(shí)CD4501選擇正弦波并傳送給MAX038芯片的COSC端口使MAX038芯片產(chǎn)生正弦波并輸出；指令為01時(shí)CD4501選擇方波并傳送給MAX038芯片的COSC端口使MAX038芯片產(chǎn)生方波并輸出；指令為10時(shí)CD450