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[導讀]波形發生器有多種類型,任意波形發生器便是其中一種。對于任意波形發生器,小編曾帶來相關介紹,如高速任意波形發生器的設計等。本文中,講為大家講解采用單片機和CPLD控制的任意波形發生器的設計。如果你對本文即將要講解的內容存在一定興趣,不妨繼續往下閱讀哦。

波形發生器有多種類型,任意波形發生器便是其中一種。對于任意波形發生器,小編曾帶來相關介紹,如高速任意波形發生器的設計等。本文中,講為大家講解采用單片機和CPLD控制的任意波形發生器的設計。如果你對本文即將要講解的內容存在一定興趣,不妨繼續往下閱讀哦。

在電子工程設計與測試中,常常需要一些復雜的、具有特殊要求的信號,要求其波形可任意產生,頻率方便可調。

結合實際需要,我們設計了一種任意波形發生器。電路設計中充分利用MATLAB的仿真功能,將希望得到的波形信號在MATLAB中完成信號的產生、抽樣和模數轉換,并將得到的數字波形數據存放在數據存儲器中,通過單片機和CPLD控制,將波形數據讀出,送入后向通道進行A/D轉換和放大處理后得到所需的模擬信號波形。利用上述方法設計的任意波形發生器,信號產生靈活方便、功能擴展靈活、信號參數可調,實現了硬件電路的軟件化設計。

系統框圖

任意波形發生器的設計思想,是利用MATLAB的強大仿真功能,方便、快捷的生成給定頻率、周期、脈寬的任意波形數據;并將數據預存在數據存儲器中。在單片機控制下,利用CPLD電路產生地址讀出數據,送入D/A轉換電路,得到所需的任意波形信號。系統結構框圖如圖1;圖中分頻電路和地址發生器由CPLD實現。

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圖1 系統框圖

電路設計及實現單片機控制電路

單片機采用AT89C52芯片,通過軟件編程產生所要求的控制信號。主要的控制參數包括:信號周期、脈寬;分頻電路的開始信號、地址發生器的復位信號;E2PROM的選通信號;D/A轉換電路的選通信號。在具體電路中,端口P1.0控制分頻電路的啟動、P1.1控制地址發生器的清零,P2.0控制28C256和AD7545的選通信號。單片機工作在定時器0方式,軟件設計利用C語言實現。流程圖如圖2所示。

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圖2 軟件流程圖

波形數據生成

MATLAB作為一款優秀的數學工具軟件,具有強大的運算功能;可以方便的產生各種信號波形,在軟件中實現波形信號的產生、抽樣和模數轉換。設計的任意波形發生器,數據存儲器選用28C256芯片,信號波形通過MATLAB仿真產生;得到的波形數據存放在數據存儲器28C256中。具體設計中,我們要求產生周期為200ms,脈寬為5ms的單/調頻混合信號,其中單頻信號的脈寬為4ms,頻率為30KHz;調頻信號的脈寬為1ms,頻率為30KHz_35KHz。在MATLAB中設定抽樣率為500KHz,得到了2500個波形數據。這些混合波形數據在燒錄入數據存儲器的過程中,由于波形數據較多,直接用手工錄入數據存儲器中不僅費時且容易出錯。為克服這一弊端,通過MATLAB編程的方法將產生的波形數據按照HEX文件的INTEL格式存放,然后將這些波形數據整批次燒錄入數據存儲器中。采用上述方法,波形數據生成簡單,快捷;可根據需要在軟件程序中方便地修改信號參數;無需改動硬件電路即可實現信號參數的功能擴展。

CPLD邏輯設計

分頻電路采用兩片74HC163實現。通過分頻電路,將12MHz的晶振標準頻率分頻后,得到500KHz的抽樣頻率,作為地址發生器的時鐘。分頻電路的工作由單片機控制。

地址發生器電路由3片74HC163組成,時鐘頻率為500KHz,有分頻電路提供;和預存的波形數據抽樣頻率相一致,以實現數據的無失真讀出。

電路設計中,采用ALTRA公司的EPM7128AETC100-10芯片,在MAX+PLUSⅡ開發環境中完成分頻;PLD的電路設計,可以省去大部分的中小規模集成電路和分離元件;使得電路具有集成度高、工作速度快、編程方便、價格低廉的顯著優點。通過CPLD和數據預生成的信號實現方法,無需改變硬件電路,即可實現信號參數的任意調整;同時外圍電路十分簡單,為工程調試和應用帶來了方便。

D/A轉換電路

D/A轉換電路的實現如圖3所示。電路中,AD7545將波形數據轉換為模擬信號;LF353進行信號濾波和整形。

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圖3 D/A轉換電路

結語

采用上述方法設計的任意波形發生器,通過軟件和硬件結合,充分發揮MATLAB強大的仿真功能,盡可能的減少了硬件開銷。根據實際需要,可產生正弦波、三角波、鋸齒波、方波等多種波形,可以產生線性調頻信號(LFM),單頻脈沖信號(CW),余弦包絡信號以及他們之間的組合信號等多種波形參數;滿足了工程需要。該任意波形發生器已應用于在研項目“水中運動目標軌跡測量”中,效果良好。

以上便是此次小編帶來的“波形發生器”相關內容,通過本文,希望大家對單片機、CPLD控制的任意波形發生器設計方法具備一定的了解。如果你喜歡本文,不妨持續關注我們網站哦,小編將于后期帶來更多精彩內容。最后,十分感謝大家的閱讀,have a nice day!

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