海南醫(yī)學(xué)院生物醫(yī)學(xué)信息與工程學(xué)院 楊文蕊 朱佳欣 張航行 鄭 蘭 吳曉玲

隨著現(xiàn)代科學(xué)信息技術(shù)的不斷發(fā)展，人們不僅對(duì)射頻信號(hào)源的控制要求越來(lái)越高。此設(shè)計(jì)是設(shè)計(jì)一套基于AD9834模塊和OLED屏的簡(jiǎn)易信號(hào)源，該信號(hào)源的核心模塊DDS模塊用AD9834作為芯片，與單片機(jī)89C51連接后，具有體型小，精度高等特點(diǎn)。此系統(tǒng)可以實(shí)現(xiàn)波形、頻率、幅值步進(jìn)可調(diào)。

1 背景

信號(hào)源是一種應(yīng)用范圍比較廣的電子儀器，用途主要包括為用于產(chǎn)生各種數(shù)字模擬調(diào)制制式信號(hào)，2G/3G/4G及其他各種數(shù)字通信領(lǐng)域。近幾年我國(guó)科學(xué)技術(shù)發(fā)展速度相對(duì)較快，其中電子測(cè)量?jī)x器的性能得到了大幅度地提升，體積在不斷縮小，能夠運(yùn)用在多個(gè)場(chǎng)景，使該類型的設(shè)備在我國(guó)得到較為廣泛的運(yùn)用。傳統(tǒng)的信號(hào)源采用模擬電路構(gòu)成，具有信號(hào)不穩(wěn)定，頻率和幅值難以步進(jìn)可調(diào)，頻率精度不高等缺點(diǎn)。此次開發(fā)的信號(hào)源較一般信號(hào)源來(lái)說(shuō)具有信號(hào)穩(wěn)定、信號(hào)頻率高、信號(hào)轉(zhuǎn)換快等優(yōu)點(diǎn)，并且該信號(hào)源所產(chǎn)生的信號(hào)信息能夠在OLED屏上顯示。

2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)

2.1 總體設(shè)計(jì)方案

基于AD9834模塊和OLED模塊簡(jiǎn)易信號(hào)源主要由以下幾個(gè)模塊組成，用于實(shí)現(xiàn)信號(hào)的產(chǎn)生，同時(shí)可以實(shí)現(xiàn)對(duì)波形的選擇和頻率的調(diào)節(jié)，如圖1所示。

圖1 系統(tǒng)框架圖

單片機(jī)主機(jī)驅(qū)動(dòng)控制器應(yīng)用模塊：52單片機(jī)主控模塊作為整個(gè)系統(tǒng)的重要控制部分，控制信號(hào)的產(chǎn)生及信號(hào)的頻率。單片機(jī)發(fā)出一個(gè)初始信號(hào)傳送給AD9834模塊，使得AD9834模塊能夠產(chǎn)生波形。矩陣鍵盤鍵入改變頻率的信號(hào)發(fā)生給單片機(jī)，單片機(jī)發(fā)出調(diào)節(jié)頻率的信號(hào)來(lái)改變波形的頻率，同時(shí)在OLED上顯示波形的頻率。

OLED顯示模塊：顯示相關(guān)信號(hào)的類型和頻率并用相關(guān)字符串表示。OLED模塊接收單片機(jī)發(fā)送的控制信號(hào)，并顯示出相關(guān)信號(hào)的頻率和類型。

AD9834模塊：產(chǎn)生正弦波、三角波和方波。AD9834模塊接收單片機(jī)傳來(lái)的命令，產(chǎn)生不同的波形。

運(yùn)放模塊：調(diào)節(jié)信號(hào)的幅值。接收單片機(jī)傳來(lái)的調(diào)節(jié)信號(hào)，根據(jù)數(shù)字量線性變化來(lái)改變信號(hào)的幅值。

2.2 單片機(jī)控制模塊

（1）單片機(jī)介紹

51單片機(jī)在基于AD9834模塊和OLED模塊簡(jiǎn)易信號(hào)源系統(tǒng)中作為主控模塊，對(duì)信號(hào)的產(chǎn)生、信號(hào)類型的轉(zhuǎn)換、信號(hào)頻率的改變有著很大的作用，51單片機(jī)發(fā)送一個(gè)控制信號(hào)給AD9834模塊，是的AD9834模塊能夠輸出信號(hào)，并產(chǎn)生不同類型的波形。當(dāng)波形選擇模塊接受到51單片機(jī)發(fā)送的改變波形的信號(hào)時(shí)，波形選擇模塊輸出需要的波形，并且在短時(shí)間內(nèi)實(shí)現(xiàn)正弦波、三角波、方波依次轉(zhuǎn)換。51單片機(jī)有一個(gè)矩陣鍵盤，通過(guò)矩陣鍵盤的按鍵可以實(shí)現(xiàn)信號(hào)的轉(zhuǎn)換，信號(hào)頻率、幅值步進(jìn)可調(diào)。

（2）按鍵電路介紹

基于AD9834模塊和OLED屏的數(shù)字信號(hào)源系統(tǒng)使用的是51單片機(jī)所攜帶的4×4矩陣鍵盤，該矩陣鍵盤按鍵數(shù)量較多，操作方便，通過(guò)編寫相應(yīng)的代碼賦予16個(gè)按鍵中相應(yīng)按鍵的功能，分別對(duì)應(yīng)相關(guān)的功能，按下S1鍵，增加波形的頻率，按下S2鍵，減少波形的頻率，按下S3鍵，在之前的基礎(chǔ)上10倍地增加頻率的步進(jìn)值，按下S4鍵，在之前的基礎(chǔ)上10倍地減少頻率的步進(jìn)值，按一下S5鍵，改變波形的類型，按下S6鍵，增大數(shù)字量，幅值根據(jù)相應(yīng)的公式隨之增加，按下S7鍵，減小數(shù)字量，幅值根據(jù)相應(yīng)的公式隨之減小。整個(gè)系統(tǒng)是跟據(jù)矩陣鍵盤發(fā)出的控制信號(hào)來(lái)改變波形、頻率、幅值步進(jìn)可調(diào)。

2.3 DDS模塊

DDS模塊作為基于AD9834模塊和OLED屏的數(shù)字信號(hào)源系統(tǒng)的核心部分，系統(tǒng)所產(chǎn)生的信號(hào)都是由DDS模塊發(fā)出，基本原理是利用采樣理論和查找表方法產(chǎn)生所需的波形，可根據(jù)需要使DDS模塊輸出正弦波、三角波、方波。

2.4 波形選擇模塊

DDS模塊輸出的波形不在同一個(gè)輸出口上，方波在squan口輸出，正弦波和三角波在sine1或sine2口輸出，我們選擇波形時(shí)就很麻煩，手動(dòng)去選擇輸出口，既費(fèi)時(shí)又費(fèi)力，此時(shí)就要利用CD4051來(lái)選擇輸出波形。所選擇的CD4051芯片相當(dāng)于一個(gè)單刀八開關(guān)，根據(jù)編碼傳入的3位ABC地址碼來(lái)決定了哪一個(gè)通道是打開的。信號(hào)的輸出能夠根據(jù)單片機(jī)的鍵入信號(hào)實(shí)現(xiàn)波形的相互轉(zhuǎn)變。

2.5 D/A模塊

本模塊使用DAC0832芯片與單片機(jī)AT89S52相連接，由單片機(jī)產(chǎn)生控制信號(hào)，針對(duì)數(shù)字信號(hào)，借助D/A模塊，通過(guò)轉(zhuǎn)換，可以形成相關(guān)的模擬信號(hào)，DAC0832由電流形式輸出，需要將其轉(zhuǎn)化為電壓形式輸出則需要連接一個(gè)運(yùn)算放大器，在這里，我們選用OP07芯片。

2.6 運(yùn)放模塊

在這里我們采用AD603，AD603是一種電壓控制型的放大器，借助前面的DA模塊，針對(duì)模擬信號(hào)，通過(guò)一定的轉(zhuǎn)變之后，可以形成數(shù)字信號(hào)，實(shí)現(xiàn)電壓輸出后，輸入到AD603模塊對(duì)其幅值達(dá)到步進(jìn)的調(diào)控。

我們的DA模塊與AD603相連接，代替AD603上的扭動(dòng)調(diào)節(jié)電壓部分，達(dá)到使用按鍵鍵盤實(shí)現(xiàn)幅值步進(jìn)可調(diào)。

2.7 顯示模塊

顯示模塊選用的是2.4in的OLED液晶顯示屏，OLED屏的GND管腳接電源地，VCC管腳接電源+5V，OLED屏的SCL腳接單片機(jī)芯片的P1.0管腳，OLED屏的SDA腳接單片機(jī)芯片的P1.1管腳。

3 結(jié)果和總結(jié)

系統(tǒng)完成后的測(cè)試結(jié)果如下所示。

圖2和圖3所示是頻率為300KHz的正弦波，幅值步進(jìn)可調(diào)，誤差為2mv。

圖2 300KHZ的正弦波顯示

圖3 幅值為64mv的正弦波

圖4和圖5所示是頻率為300KHz的正弦波輸出信號(hào)，幅值步進(jìn)可調(diào)，步進(jìn)值為8mv，誤差為2mv。

圖4 300KHZ的正弦波顯示

圖5 幅值為72mv的正弦波

本系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了簡(jiǎn)易信號(hào)源的基本功能，有正弦波、方波、三角波三種波形可調(diào)，三種波形的頻率在1Hz—300KHz均可以步進(jìn)可調(diào)，且步長(zhǎng)可以改變，且正弦波和三角波幅值步進(jìn)可調(diào)。