便攜式信號(hào)發(fā)生與檢測裝置的設(shè)計(jì)

摘要：在室外的儀器使用中，經(jīng)常會(huì)遇到機(jī)器需要檢修的問題，但是實(shí)驗(yàn)室常用的示波器和信號(hào)發(fā)生器由于電源、體積等問題不便攜帶，這時(shí)就需要采用簡易、便于攜帶的測試儀器。設(shè)計(jì)了一套基于嵌入式核心的由便攜式信號(hào)發(fā)生裝置和便攜式信號(hào)檢測裝置組成的系統(tǒng)。信號(hào)發(fā)生裝置采用DDS技術(shù)以51單片機(jī)控制其產(chǎn)生信號(hào)，信號(hào)檢測裝置以基于Cortex-M3核心的STM32處理器為基礎(chǔ)，配以必要的輔助電路從而實(shí)現(xiàn)對(duì)實(shí)時(shí)輸入信號(hào)的檢測。信號(hào)發(fā)生與信號(hào)檢測裝置既可以組合使用也可以單獨(dú)使用。為室外儀器的檢修提供了一套便攜式的系統(tǒng)。
關(guān)鍵詞：嵌入式；DDS技術(shù)；51單片機(jī)；便攜式

0 引言
目前在很多領(lǐng)域內(nèi)需要電子儀器長期在室外甚至許多惡劣的環(huán)境中進(jìn)行工作，雖然在儀器設(shè)計(jì)之初針對(duì)其所適用的不同環(huán)境，在硬件方面有很多針對(duì)性的設(shè)計(jì)，盡管如此在室外環(huán)境中因自然或人為因素造成的儀器損壞的事件也會(huì)時(shí)有發(fā)生，由于缺少示波器、信號(hào)發(fā)生器等常用的電子儀器檢測設(shè)備因而不便于對(duì)其進(jìn)行實(shí)時(shí)的檢測，只能停止工作將其帶回有條件的實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行檢測。如果有一套便攜式的信號(hào)發(fā)生與檢測裝置，那么就可以在事故現(xiàn)場對(duì)儀器進(jìn)行第一時(shí)間的檢測，根據(jù)檢測結(jié)果判斷其損壞情況以決定是否對(duì)其現(xiàn)場修理還是將儀器帶回進(jìn)行進(jìn)一步的檢測。
針對(duì)上述需求本文設(shè)計(jì)了一種采用廣泛應(yīng)用的嵌入式技術(shù)的便攜式信號(hào)發(fā)生與測量裝置，考慮到二者使用的不同情況，對(duì)信號(hào)發(fā)生和信號(hào)測量裝置采用了獨(dú)立的設(shè)計(jì)，在使用時(shí)既可以單獨(dú)使用也可以組合使用，信號(hào)發(fā)生裝置以AT89S51為核心通過DDS芯片AD9851產(chǎn)生任意可調(diào)的函數(shù)信號(hào)，信號(hào)測量裝置則以時(shí)下流行的STM32F106ZE核心控制，配以必要的模擬信號(hào)調(diào)制、整形電路、數(shù)模電路及顯示電路實(shí)現(xiàn)對(duì)模擬信號(hào)參數(shù)包峰峰值、有效值、頻率等的檢測。

1 便攜式信號(hào)發(fā)生裝置
在本次設(shè)計(jì)的信號(hào)發(fā)生裝置中，使用了先進(jìn)的直接數(shù)字頻率合成技術(shù)(Direct Digital Synthesis，DDS)作為信號(hào)發(fā)生器的核心產(chǎn)生任意的波形信號(hào)。信號(hào)發(fā)生裝置系統(tǒng)框圖如圖1所示，整個(gè)系統(tǒng)的工作流程如下：由鍵盤控制單片機(jī)產(chǎn)生相應(yīng)波形、頻率、相位、幅度等的控制信號(hào)，其中波形、頻率和相位控制字進(jìn)入AD9851模塊中，AD9851根據(jù)相對(duì)的控制信號(hào)在其波形庫中選擇相應(yīng)的波形和相位以及頻率。而幅度控制字則進(jìn)入程控放大電路，單片機(jī)依據(jù)峰峰檢測與A／D轉(zhuǎn)換的輸出電壓幅度，調(diào)整控制程控放大器的放大倍數(shù)。最后經(jīng)功率放大電路對(duì)信號(hào)進(jìn)行放大功率放大得到最終的信號(hào)輸出。
在整個(gè)信號(hào)發(fā)生裝置中，其核心的模塊是由AD9851芯片組成的DDS模塊，其于單片機(jī)AT89S51組成的信號(hào)發(fā)生裝置相對(duì)于傳統(tǒng)的鎖相式頻率合成器、純模擬電路搭建的信號(hào)發(fā)生器以及由單片機(jī)與模數(shù)轉(zhuǎn)換模塊組成的信號(hào)發(fā)生器相比，其優(yōu)點(diǎn)在于可產(chǎn)生任意的波形、軟硬件設(shè)計(jì)簡單、功耗低、方便調(diào)試且輸出頻率穩(wěn)定。