基于arm嵌入式系统的信号发生器的设计与实现

基于arm嵌入式系统的信号发生器的设计与实现内容摘要：

通过在存储芯片 ROM 中保存不同频率信号的信号发生点数，在频率切换时调用 ROM 中所存储的不同点数模块来实现频率的切换。 方案二： 在存储芯片 RAM 中保存由软件实时产生的波形点数，通过所取的点数的不同来决定发生的波形的频率。 由于设计中的信号要进行不断的改变，因此波形的数据不能存储在 ROM 中，应该存储 RAM 中，因此采用方案二的设计方法。 滤波电路 方案一： 利用运放芯片 TL082 构成的有源二阶巴尔沃基滤波器 [6]，它的频率范围可以达到 1MHZ，远远高于我们所要的达到的最高频率，而且可 以同时提高输出电压的稳定性即带载能力。 方案二： 采用硬件构建的模拟滤波器，通常这种滤波电路主要采用无源元件 R， L 和C 组成的低通滤波电路 [6]。 其优点是具有不用电感，体积小，重量轻等优点；缺点是其集成运放的带宽有限，电路的工作频率有限难以做得很高。 由于所设计的信号源的频率相对来说不是很高，采用 RC 滤波器已经可以很好的完成设计的要求。 因此采用方案二。 6 课 程 设 计 用 纸 教师批阅 3 硬件设计 系统框图 根据前述方案，得到以下系统方框图，如图 31 所示，包括键盘、芯片LPC213 D/A 转换、滤波器、示波器、串口 RS43上位机。 图 31 系统方框图 各功能模块 波形产生电路 通过软件将波形数据存储到 RAM 当中去，再把这些数据输送到 D/A 转换器进行转换得到模拟波形。 键盘模块 用 LPC2138 开发板上自身带有的键盘得到键值，通过中断服务程序将键盘信息传给控制芯片。 滤波器设计 直接采用 RC 过程的简单的滤波电路，此方法设计简单，又完全满足设计要求。 显示模块 波形直接在示波器上显示，波形的中间调试参数在上 位机 EasyARM2131 上显示，这样节省了外部显示模块的扩展，使得硬件电路更加的简便。 7 课 程 设 计 用 纸 教师批阅 各个功能块的实现原理及分析 正弦波的产生 本设计中信号的产生直接用 LPC2138 芯片上集成的 D/A 转换器和软件的结合来生成。 波形的信号数据采用了函数计算的方法来取得： Y=sin(N)[7] （ 31） 其中， N 表示所要取得的点数的多少。 在设计中我选择 N=1024，即一个完整的基本的正弦信号有 1024 个数据信号点组成。 将数据存储到控制芯片 LPC2138 的 RAM 当中，根据所要的频率来取得信号数据的多少，点数多少的计算如下： N=T/2t[7] （ 32） 其中， N表示点数， T 表示所要产生的波形信号的周期， t 表示定时器的时间长短 . 从 RAM 中 取得点数的间隔为 : M=1023/N[8] （ 33） 其中 M表示在 RAM中的表格取得点数的间隔 .根据不同的间隔的大小决定产生一个完整的波形信号所要的数据多少不同 . 设计中要求信号的最高产生的频率为 50KHZ, 根据奈奎斯特定理，采样的频率最少要为所要信号的频率的两倍，但是为了更好的保证信号的完整输出，我们至少要让它采样 10 个点才能输出完整波形，就要求采样的频率为他的 10 倍即500KHZ,采样时间的大小为 2us，这刚好满足了 LPC2138 控制芯片上的集成 D/A转换器最高转换时间为 1us 的限制。 三角波的产生 在设计中，三角波的产生就直接利用定时器定时时间的长短来 控制信号数据的输出，信号数据从一个较低（或高）的位置开始按照一定的规律步进 [9]，当其达到一个高度时再按照相同的步进下降到原来的数据大小，如此反复的输出就构成了三角波模拟信号的输出。 方波的产生 8 课 程 设 计 用 纸 教师批阅 在设计中，方波的产生由大小不同的两个信号数据交替输出形成，每个信号数据输出的时间长短根据所要点信号频率来决定。 幅度的控制 在设计中，为了能使波形在示波器中显示，这样就要设定好波形的幅度，在设计时我们把波形的幅度控制在 1024 之内，才能很好的显示波形。 同时为了改变幅度的大小，我们 设置了一个参数直接与所取得的信号数据相乘，这就改变了信号数据的大小，也就使得 D/A 转换时的数据大小产生变化，从而体现在输出的信号波形在幅度上发生改变。 频率的控制 在输出的信号数据的时间间隔一定时，当产生一个完整波形时所需要的点数发生变化时信号的周期就发生变化，这样它的频率就相应的变化。 因此，在设计中， 通过固定定时器的定时长短，改变波形数据的点数多少就改变了信号的频率。 滤波器设计 由于我所设计的信号源的输出频率还不是很高，所以可以用简单的低通滤波器就可以完成滤波的功能，因此我 选择使用 RC 低通滤波器。 参数为： R=100 欧姆， C=。 具体结构如下： 图 32 键盘模块 键盘是直接与 ARM（ LPC2138）芯片的 P0 口 — 连接，通过 ARM芯片对 — 输入数据， 0 表示有效， 1 表示无效 [11]。 键 1 用来选择输出波形，键 2 用来选择所要改变的参数，键 3 和键 4 用来加 /减键 3 所选的参数 R 9 课 程 设 计 用 纸 教师批阅 4 软件设计 方框图 由设计方 案进行进一步的软件设计，首先得到流程图如图 41 所示，主要包括：初始化、键盘扫描、 PC机显示波形等部分。 图 41 程序清单 由硬件设计及主程序流程图，经过 C语言编程，在 ADS 环境下运行，完成了信号源发生器的软件设计部分，实现了设计的内容。 部分主要程序清单如下 : 开始 键盘扫描 判断是否有键按下。