关于电子信息技术中信号源的设计与制作

0 引言

作为产生各种电子信号的仪器，信号源又可以叫做信号发生器，因为所有的电子信息设备都是在信号源的作用下进行信号的输出工作，所以信号源被广泛的应用到科技和生产实践等众多领域中。信号源通过变换电路以及波形产生电路来提供各种信号，其中波形产生电路又可以叫做波形发生器或振荡器，工作原理是通过电路将直流能源转变为交流能源输送出去，不需要增加其它外界的激励信号。可以将信号源划分为：数字信号、脉冲信号、扫频信号、正弦信号、函数信号等具有不同波形的信号源，电子线路中普遍用到的信号源是脉冲信号和正弦信号。在电子信息技术快速发展的时代，对信号源等基本电子设备的开发和研制也相继步入了一个全新的发展阶段。

1.直接数字式频率合成技术的特点

直接数字式频率合成技术(Direct DigitalSynthesizer)简称DDS,在功率的消耗、转换时间、成本投入以及分辨率等方面都要优于传统的频率合成器。人们生活的各个领域也都涉及到了电子信息技术，电子测量仪器和电子信息系统的发展空间非常广阔，而在对电子信息设备进行数字化改革的过程中最关键的步骤是DDS技术的应用。正弦计算器、高速相位累加器和频率控制寄存器是DDS技术的主要3个部件，工作的主要过程：经过并行或者串行的方法，频率控制寄存器将用户输入的频率控制码进行装载和寄存，DDS频率控制码在高速相位累加器的作用下在一定时间段内相位累加，累加形成相位值经过正弦计算器的正弦波幅度的数字化计算，计算过程中通过查询表可以找到芯片。应用低通滤波器以及高速D/A转换器的作用之后的数字化正弦波，才能保证DDS芯片输出的是可用的模拟频率信号。

可编程逻辑器件AD9850、小键盘、8279芯片、数码管、单片机AT89C51、放大电路模块和低通滤波器是基于DDS技术信号源的几个重要的组成部件。作为信号源的核心成分，可编程逻辑器件AD9850以及单片机AT89C51的功能主要是将输出波形的信号频率显示出来。信号源设计原理详见图1所示。

信号源在电子系统中发挥着很大的作用，信号源的种类非常多，并且具有多种特征和功能，用户要根据相应的目的来选择适当的信号源种类。DDS技术是信号源的设计和制作过程中最核心的内容，其中方波、锯齿波、正弦波和FM调制信号输出(频偏范围为0~100KHZ)是设计DDS信号源时的侧重点，信号输出过程中的阻抗是50~70Ω，TTL电平是经FM调制信号以及正弦波输出的幅值，FM调制信号输出的频偏要保持在0~100KHZ的范围内。

2.信号源硬件电路的设计与制作

键盘扫描及显示电路和可编程逻辑器件AD9850波形产生电路是DDS信号源的主要硬件电路。在对信号源硬件电路的设计与制作的过程中要从键盘扫描及显示电路和可编程逻辑器件AD9850波形产生电路两个方面进行分析。

2.1 键盘扫描及显示电路

利用单片机AT89C51的PO串口对4×4的小键盘(本论文主要的研究对象)进行扫描，为了方便可编程逻辑器件AD9850引入外部时钟信号，在扫描过程中要将外接无源晶体振荡器接入到单片机的XTAL1和XTAL2引脚之间，并通过74LS164对数码管进行驱动，其中无源晶体振荡器的频率要达到12MHz.最后用十进制的方式把扫描的结果显示出来。此外，将两个电容器以并联的方式加入到无源晶体振荡器的两端能在长时间内有效的保持振荡器频率的稳定性。

2.2 可编程逻辑器件AD9850波形产生电路

在可编程逻辑器件AD9850的作用下DDS信号源自动产生的正弦信号的信号频率跟控制信号相同，而且此可编程逻辑器件本身含有比较器，所以还能在输出过程中把正弦信号转变为相同频率的方波信号。单片机AT89C51上的两根口线控制的数字电位器能够调节信号的幅值和波形。用户可以通过单片机AT89C51的逻辑控制作用来按需求获得不同的波形，并把形成的频率字通讯连接到上位机。

在设计过程中还应注意以下事项：①在共用一组电池的情况下，各级放大的输出信号在多级放大电路的过程中，因为内阻的作用会产生一定的公共输出，各放大级间就会彼此影响，从而导致系统的稳定性被破坏，甚至出现自激的情况。面对以上情况，可以通过设计去耦电路的方法来去掉不需要频率的交流信号，并在元器件附近设置去藕电容不仅能提高接地性还能提升去耦电路的使用功效，此外，在设计去耦电路的过程中还应注意要分离数字地和模拟地。②因为只有高质量的适中信号才能被可编程逻辑器件AD9850所接受，所以要保证时钟信号的上升沿和下降沿不存在明显的凹凸边缘，提高时钟信号的质量，同时对时钟信号用地线屏蔽，才能符合可编程逻辑器件AD9850对时钟信号的需要。③可编程逻辑器件AD9850的时钟信号的频率只有在大于1MHz的情况下，系统才会正常工作，一旦信号频率低于1MHz时，芯片就会处于休眠的状态，不能正常运转，而当时钟信号的频率大于1MHz时，系统会自动的从休眠状态调整到工作状态。

3.信号源软件的设计与制作

在信号源软件的设计与制作的过程中，首先要将在小键盘中得到的相位控制字的BCD编码以及输人频率控制字进行二进制转换，并参照相位公式及频率算出相位跟频率对应的控制字，然后在程序控制作用下注意扫描小键盘，通过按键的方式输入数值，最后在数码管上完成显示的过程。信息源程序流程详见图2所示。

参照可编程逻辑器件AD9850控制字的工作原理，在对DDS信号源的软件进行编程的过程中将各种不同作用的控制字编写到8279芯片中，通过编译软件的检查程序功能来检测程序中是否存在语法问题，之后利用编译软件单步试运行程序，可以通过各个窗口显示观察结果，程序调试中所有程序如果都呈现正常的工作状态即完成调试，再在单片机AT89C51中用TOP51编程器记下调试好的程序，重新启动系统并对程序参数进行改正，最终保证系统的正常运转。