基于ARM(LPC2138)嵌入式系统的多功能数字信号发生(2)

本设计采用数值计算合成和D/A转换模块来完成,可产生输出频率及幅度可调,频率范围为1HZ～50KHZ的正弦波、方波、三角波及其复合波信号,具有信号频率、波形、幅度变化容易,硬件简单可靠等特点

方波）、正弦波的电路被称为函数信号发生器。函数信号发生器在电路实验和设备检测中具有十分广泛的用途。函数信号发生器的实现方法通常有以下几种：

（1）用分立元件组成的函数发生器：通常是单函数发生器且频率不高，其工作不很稳定，不易调试。 （2）可以由晶体管、运放IC等通用器件制作，更多的则是用专门的函数信号发生器IC产生。早期的函数信号发生器IC，如L8038、BA205、XR2207/2209等，它们的功能较少，精度不高，频率上限只有300kHz，无法产生更高频率的信号，调节方式也不够灵活，频率和占空比不能独立调节，二者互相影响。 （3）利用单片集成芯片的函数发生器：能产生多种波形，达到较高的频率，且易于调试。鉴于此，美国美信公司开发了新一代函数信号发生器ICMAX038，它克服了（2）中密函数信号发生器IC。在锁相环、压控振荡器、频率合成器、脉宽调制器等电路的设计上，MAX038都是优选的器件。

（4）利用专用直接数字合成ＤＤＳ芯片的函数发生器：能产生任意波形并达到很高的频率。但成本较高。

对信号发生器的基本要求是：

(1)输出的幅度稳定．其稳定度按其用途不同，可从百分之儿到万分之几，甚至更高；

(2)输出波形要好。如正弦波振荡器要求失真度小，—般在3％以下，有些情况下要求达到小于1％； (3)输出额率的稳定皮要高。一般希望每小时效率变化的相对值(指短期稳定度△f/f时)小于10-3 对作为精确频率测量用的信号频率输出，其稳定度要求就更高；

(4)要求有一定的输出功率。对于低频振荡器，常希望有1W以上的输出功率，而对高频振荡器的输出功率要求较低．

低频信号发生器的原理：系统包括主振级、主振输出调节电位器、电压放大器、输出衰减器、功率放大器、阻抗变换器（输出变压器）和指示电压表。主振级产生低频正弦振荡信号，经电压放大器放大，达到电压输出幅度的要求，经输出衰减器可直接输出电压，用主振输出调节电位器调节输出电压的大小。设计针对低频信号源进行设计，设计以LPC2138为控制芯片，探索研究了低频信号发生器的原理和应用，设计输出频率及幅度可调，频率范围为1HZ～50KHZ的正弦波、方波、三角波、调幅波、调频波及其复合波信号，具有信号频率、波形、幅度变化容易，硬件简单可靠等特点的多功能信号源。

在信号源中对它本身的抗干扰能力还是有很高的要求的。干扰的渠道主要有三条： 空间干扰(场干扰)，电磁信号通过空间辐射进入系统;过程通道干扰，干扰通过与系统相连的前向通道、后向通道及与其它系统的相互通道进入;供电系统干扰，电磁信号通过供电线路进入系统。一般情况下空间干扰在强度上远小于其它两种，故系统中应重点防止过程通道与供电系统的干扰。抗干扰措施有硬件措施和软件措施。硬件措施如果得当，可将绝大部分干扰拒之门外，但仍然会有少数干扰进入系统，故软件措施作为第二道防线必不可少。由于软件抗干扰措施是以CPU为代价的，如果没有硬件消除绝大多数干扰，CPU将疲于奔命，无暇顾及正常工作，严重影响系统的工作效率和实时性。因此，一个成功的抗干扰系统是由硬件和软件相结合构成的。在输出信号时，外部干扰有可能使信号出错。在软件上，最有效的方法就是重复输出同一个信号，只要重复周期尽可能短，锁存器接收到一个被干扰的错误信号后还来不及作出有效的反应，一个正确的输出信号又来到，就可以及时防止错误动作的产生。CPU抗干扰措施前面几项抗干扰措施是针对I/O通道，干扰还未作用到系统本身，这时系统还能正确无误地执行各种抗干扰程序，当干扰作用到系统本身时），系统将不能按正常状态执行程序，从而引起混乱。如何发现系统受到干扰，如何拦截失去控制的程序流向，如何使系统的损失减小，如何恢复系统的正常运行，这些就是CPU抗干扰需要解决的问题。可以采用以下几种较常见方法：人工复位，对于失控的CPU，最简单的方法是使其复位；掉电保护，电网瞬间断电或电压突然下降将使微机系统陷入混乱状态，电网电压恢复正常后，微机系统难以恢复正常。对付这一类事故的有效方法就是掉电保护；睡眠抗干扰；指令冗余；软件陷阱。

在设计中，信号的输出为一个完整的周期信号不断的输出，使得信号源能够在输出时具备一定的抗干扰能力。然后在末级还串上了一由RC组成的低通滤波器，形成了软件与硬件相结合的抗干扰措施，同时提高了系统的带载能力。

在设计复合波形时，本来是要将频率分别为1W、2W、3W的三个正弦信号进行复合的，这就要求在信号数据输出时必须先输出一个3W的信号数据等下一个时输出3W、2W的，1W点间隔三个点输出，这样才能将三个不同频率的波形整合到一起。但是在不同的波形之间波形的叠加最好是在同频率的波形之间进行，就选择了三个同频率的正弦波、三角波和方波进行复合。设计中碰到它们复合时幅度的控制问题，