便攜式函數(shù)信號(hào)發(fā)生器—信號(hào)生成功能設(shè)計(jì)畢業(yè)設(shè)計(jì)

1、<p>　　本科畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)</p><p>　　題目：便攜式函數(shù)信號(hào)發(fā)生器—信號(hào)生成功能設(shè)計(jì)</p><p>　　系 別： 電子信息系 </p><p>　　專 業(yè)： 通信工程 </p><p><b>　　2013年06月</b></p><p

2、>　　畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)書</p><p>　　1.畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）題目： 便攜式函數(shù)信號(hào)發(fā)生器—信號(hào)生成功能設(shè)計(jì) </p><p>　　2.題目背景和意義：信號(hào)發(fā)生器是電子測(cè)量、電子產(chǎn)品及設(shè)備開發(fā)調(diào)試及電子工程相關(guān)課程實(shí)驗(yàn)必備的儀器設(shè)備之一，除供通信、儀表和信號(hào)采集處理、自動(dòng)控制系統(tǒng)測(cè)試用外，還廣泛用于其他非電測(cè)量領(lǐng)域。隨著電子儀器設(shè)備的數(shù)字化、智

3、能化，ARM處理器越來(lái)越多的應(yīng)用到實(shí)驗(yàn)儀器設(shè)備中，不僅提高了設(shè)備的效率，而且增強(qiáng)了功能、減小了體積。本課題將結(jié)合函數(shù)信號(hào)發(fā)生芯片和ARM處理器設(shè)計(jì)一個(gè)可產(chǎn)生多種波形、頻率范圍寬，信號(hào)幅度可調(diào)、且便于攜帶及使用的多功能信號(hào)源，可應(yīng)用于各種需要信號(hào)生成的場(chǎng)合。 </p><p>　　3.設(shè)計(jì)(論文)的主要內(nèi)容（理工科含技術(shù)指標(biāo)）：本課題需要完

4、成便攜式函數(shù)信號(hào)發(fā)生器的信號(hào)生成功能的軟硬件設(shè)計(jì)與開發(fā)，課題的研究將以ARM處理器LPC2103及信號(hào)產(chǎn)生芯片MAX038為核心，結(jié)合DA芯片、電子開關(guān)芯片、集成運(yùn)放及ADS1.2開發(fā)環(huán)境進(jìn)行，具體內(nèi)容如下： </p><p>　　（1）熟悉 EasyARM2103開發(fā)板

5、及課題實(shí)現(xiàn)相關(guān)芯片使用； </p><p>　?。?）完成設(shè)計(jì)方案分析及確定； </p><p>　?。?）完成信號(hào)生成功能的硬件原理設(shè)計(jì)及PCB設(shè)計(jì)；

6、 </p><p>　?。?）完成信號(hào)生成功能的控制程序設(shè)計(jì)及調(diào)試； </p><p>　?。?）協(xié)作完成整個(gè)便攜式函數(shù)信號(hào)發(fā)生器的聯(lián)調(diào)。 </p><p>　　主要技術(shù)指標(biāo)：

7、 </p><p>　?。?）信號(hào)發(fā)生器可產(chǎn)生多種波形，包括正弦波、三角波和方波 </p><p>　?。?）產(chǎn)生的信號(hào)頻率為2-10MHz，幅度為5V（p-p）

8、 </p><p>　?。?）信號(hào)頻率在每個(gè)頻段內(nèi)可連續(xù)調(diào)節(jié)； </p><p>　　（4）信號(hào)發(fā)生器要求體積小、功能強(qiáng)、操作方便且具有便攜性； <

9、;/p><p>　?。?）信號(hào)生成功能要求對(duì)產(chǎn)生的信號(hào)的波形、頻段、頻率均可進(jìn)行方便控制； </p><p>　　4.設(shè)計(jì)的基本要求及進(jìn)度安排（含起始時(shí)間、設(shè)計(jì)地點(diǎn)）：本設(shè)計(jì)要求完成整個(gè)便攜式函數(shù)信號(hào)發(fā)生器信號(hào)生成功能的軟、硬件設(shè)計(jì)，并進(jìn)行功能調(diào)試。設(shè)計(jì)工作要求嚴(yán)格按照學(xué)校計(jì)劃安排和各項(xiàng)規(guī)范進(jìn)行，保質(zhì)保量完成任務(wù)書中各項(xiàng)工作，技術(shù)指標(biāo)滿足要求并認(rèn)真撰寫學(xué)位論文。

10、 </p><p>　　畢業(yè)設(shè)計(jì)工作的進(jìn)度安排如下： </p><p>　　第1周—第2周：查找資料，做前期的準(zhǔn)備工作，學(xué)習(xí)相關(guān)的芯片資料

11、及開發(fā)環(huán)境使用； </p><p>　　第3周—第4周：方案設(shè)計(jì)分析確定，撰寫開題報(bào)告，準(zhǔn)備開題答辯； </p><p>　　第5周—第8周：進(jìn)行信號(hào)生成功能的硬件原理的設(shè)計(jì)； </p><p>　　第9周—第10

12、周：完成信號(hào)生成功能的控制軟件的設(shè)計(jì)； </p><p>　　第11周—第12周：完成信號(hào)信號(hào)生成功能測(cè)試并協(xié)作進(jìn)行整個(gè)信號(hào)發(fā)生器的聯(lián)調(diào)； </p><p>　　第13周—第15周：撰寫畢業(yè)論文，進(jìn)行畢業(yè)答辯。

13、 </p><p>　　5.畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）的工作量要求 </p><p>　?、?實(shí)驗(yàn)（時(shí)數(shù)）*或?qū)嵙?xí)（天數(shù)）： 300學(xué)時(shí)

14、</p><p>　?、?圖紙（幅面和張數(shù)）*： A4，1張 </p><p>　?、?其他要求：提供完整的信號(hào)生成功能控制程序一套，并完成與課題相關(guān)的3000字左右的英文文獻(xiàn)資料翻譯。

15、 </p><p>　　指導(dǎo)教師簽名： 年 月 日</p><p>　　學(xué)生簽名： 年 月 日</p><p>　　系（教研室）主任審批： 年 月 日</p><

16、p>　　便攜式函數(shù)信號(hào)發(fā)生器—信號(hào)生成功能設(shè)計(jì)</p><p><b>　　摘 要</b></p><p>　　信號(hào)發(fā)生器是一種常用的電子設(shè)備，在日常生活、工業(yè)控制以及科研等領(lǐng)域有十分重要的作用。本課題針對(duì)信號(hào)發(fā)生器的廣泛應(yīng)用，從而以ARM處理器、MAX038為核心，設(shè)計(jì)了一種便攜式信號(hào)發(fā)生器，能夠產(chǎn)生2Hz~10MHz之間的頻率多種函數(shù)波形，可用于各種需要進(jìn)

17、行波形控制的場(chǎng)合。</p><p>　　論文主要完成整個(gè)便攜式信號(hào)發(fā)生器生成功能的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)。論文首先介紹了信號(hào)發(fā)生器生成功能的設(shè)計(jì)方案，然后針對(duì)課題所需要的相關(guān)技術(shù)及芯片進(jìn)行了詳細(xì)的介紹和分析，包括32位ARM處理器LPC2103、信號(hào)發(fā)生器技術(shù)及ADS1.2開發(fā)環(huán)境等。在此基礎(chǔ)上進(jìn)行了信號(hào)生成功能的軟硬件設(shè)計(jì)。在硬件設(shè)計(jì)方面，在對(duì)信號(hào)發(fā)生器產(chǎn)生多種波形的原理進(jìn)行分析的基礎(chǔ)上，利用LPC2103處理器對(duì)MAX0

18、38波形種類進(jìn)行控制，分別采用八選一電子開關(guān)CD4051和頻段選擇DAC0832芯片。軟件設(shè)計(jì)基于集成開發(fā)環(huán)境ADS1.2，用C語(yǔ)言編寫波形控制程序，用來(lái)實(shí)現(xiàn)多種波形的輸出以及頻段和頻率的控制，進(jìn)而控制信號(hào)波形的輸出狀態(tài)。</p><p>　　信號(hào)生成單元主要以EASYARM2103開發(fā)板為基礎(chǔ)進(jìn)行了測(cè)試，運(yùn)行正常，功能符合設(shè)計(jì)指標(biāo)要求。課題的設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)表明，利用MAX038與LPC2103相結(jié)合設(shè)計(jì)產(chǎn)生的信號(hào)發(fā)

19、生器，具有低功耗、性能高、易于控制、體積小、便于攜帶等優(yōu)點(diǎn)。</p><p>　　關(guān)鍵詞：信號(hào)發(fā)生器；信號(hào)生成； MAX038； ARM；LPC2103；ADS1.2</p><p>　　Portable Function Signal Generator</p><p>　　(Signal Generating Function Design)</p>

20、<p><b>　　Abstract</b></p><p>　　The signal generator is a commonly used electronic equipment, playing a very important role in the daily life, including industrial control and scientific re

21、search and other fields. The subject aims at the wide range of applications of the signal generator, ARM processor, MAX038 as a core of the whole, we can design a portable signal generator which can generate a variety of

22、 2Hz~10MHz waveform. It can be used for various occasion.</p><p>　　The paper is mainly to complete the design and realize the entire function of signal generator. At first, The paper mainly describes the des

23、ign of the signal generator; then makes a detailed description and analysis of the issues which is related to technology and chip, including a 32-bit ARM processor LPC2103, signal generator technology and ADS1.2 developm

24、ent environment; we design hardware and software based on the signal generation. In terms of hardware, we analysis the principle of signal g</p><p>　　Signal generator is based on EASYARM2103 development to t

25、est, normal operation, And Its function meets design requirements. Design and Implementation of the topics indicate that make use of MAX038 and LPC2103 generate a signal generator which consume low power, high performanc

26、e. It is easy to control and its size is small and so on.</p><p>　　Key Words: Signal Generator; MAX038; ARM; LPC2103; ADS1.2</p><p><b>　　目 錄</b></p><p><b>　　1緒論1

27、</b></p><p><b>　　1.1 前言1</b></p><p>　　1.2 課題研究的意義1</p><p>　　1.3 相關(guān)技術(shù)現(xiàn)狀2</p><p>　　1.3.1信號(hào)產(chǎn)生技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀2</p><p>　　1.3.2 ARM技術(shù)2</p>&

28、lt;p>　　1.3.3 EDA技術(shù)3</p><p>　　1.4 課題的主要研究?jī)?nèi)容4</p><p>　　1.5 課題研究的重難點(diǎn)5</p><p>　　1.5.1 課題研究的重點(diǎn)5</p><p>　　1.5.2 課題研究的難點(diǎn)5</p><p>　　1.6 論文的結(jié)構(gòu)安排5</p>

29、<p><b>　　2系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案7</b></p><p>　　2.1 系統(tǒng)功能概述及技術(shù)指標(biāo)要求7</p><p>　　2.2 系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)方案論證7</p><p>　　2.3 設(shè)計(jì)方案及工作原理8</p><p>　　2.4 相關(guān)技術(shù)選擇9</p><p>　　2.

30、4.1 處理器的選擇9</p><p>　　2.4.2 信號(hào)發(fā)生模塊的選擇10</p><p>　　2.4.3 頻段選擇功能的實(shí)現(xiàn)10</p><p>　　2.4.4 頻率控制功能的實(shí)現(xiàn)10</p><p>　　2.4.3 軟件開發(fā)環(huán)境選擇11</p><p>　　3相關(guān)技術(shù)介紹12</p>

31、<p>　　3.1 ARM 技術(shù)介紹12</p><p>　　3.2 ARM 處理器LPC210312</p><p>　　3.3 ADS1.2開發(fā)環(huán)境的介紹14</p><p>　　3.4 LM117簡(jiǎn)介15</p><p>　　3.5 DAC0832簡(jiǎn)介15</p><p>　　3.6 CD40

32、51簡(jiǎn)介16</p><p>　　3.7 MAX038簡(jiǎn)介17</p><p>　　3.8 LM324簡(jiǎn)介19</p><p>　　4系統(tǒng)硬件原理設(shè)計(jì)20</p><p>　　4.1 硬件功能概述及模塊劃分20</p><p>　　4.2 處理器電路的設(shè)計(jì)20</p><p>　　4

33、.2.1 處理器21</p><p>　　4.2.2 去耦合電路22</p><p>　　4.2.3 晶振電路22</p><p>　　4.2.4 復(fù)位電路23</p><p>　　4.3 電源電路的設(shè)計(jì)24</p><p>　　4.3.1 5V～3.3V轉(zhuǎn)換電路25</p><p>

34、;　　4.3.2 5V～1.8V轉(zhuǎn)換電路25</p><p>　　4.3.3 +5V～5V轉(zhuǎn)換電路25</p><p>　　4.4 LED電源指示燈電路26</p><p>　　4.5 信號(hào)發(fā)生電路26</p><p>　　4.6 頻段選擇電路27</p><p>　　4.7 頻率范圍控制電路27</

35、p><p>　　4.8 信號(hào)放大電路28</p><p>　　4.9 總體原理圖28</p><p>　　5信號(hào)控制軟件設(shè)計(jì)30</p><p>　　5.1 軟件功能概述30</p><p>　　5.2 軟件開發(fā)環(huán)境介紹30</p><p>　　5.3 程序設(shè)計(jì)思路及流程圖31</

36、p><p>　　5.4 軟件代碼編寫31</p><p><b>　　6系統(tǒng)調(diào)試36</b></p><p>　　6.1 系統(tǒng)硬件調(diào)試36</p><p>　　6.2 系統(tǒng)軟硬件結(jié)合調(diào)試36</p><p><b>　　7結(jié)論38</b></p><

37、p>　　7.1 設(shè)計(jì)結(jié)論38</p><p>　　7.2 設(shè)計(jì)收獲和體會(huì)38</p><p>　　7.3 設(shè)計(jì)不足和改進(jìn)39</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)40</b></p><p><b>　　致謝41</b></p><p>　　附錄1 EasyA

38、RM2103開發(fā)板實(shí)物圖44</p><p>　　附錄2整體硬件原理圖45</p><p>　　附錄3源程序及代碼46</p><p><b>　　1 緒論</b></p><p><b>　　1.1前言</b></p><p>　　信號(hào)發(fā)生器是一種常用的電子設(shè)備，廣

39、泛應(yīng)用于電子電路、自動(dòng)控制、科學(xué)實(shí)驗(yàn)等領(lǐng)域，根據(jù)所需參數(shù)的來(lái)設(shè)計(jì)電測(cè)試信號(hào)的儀器，能夠產(chǎn)生多種波形，如三角波、鋸齒波、矩形波（含方波）、正弦波的儀器稱為函數(shù)信號(hào)發(fā)生器。</p><p>　　論文的名稱是便攜式函數(shù)信號(hào)發(fā)生器—信號(hào)生成功能設(shè)計(jì)，主要針對(duì)信號(hào)生成功能的軟硬件設(shè)計(jì)與開發(fā)，以ARM處理器LPC2103及信號(hào)產(chǎn)生芯片MAX038為核心，結(jié)合DA芯片、電子開關(guān)芯片、集成運(yùn)放及ADS1.2開發(fā)環(huán)境進(jìn)行，設(shè)計(jì)了一

40、種可產(chǎn)生多種波形、頻率范圍寬，信號(hào)幅度可調(diào)、且便于攜帶及使用的多功能信號(hào)源[1]。 </p><p>　　1.2課題研究的意義</p><p>　　信號(hào)發(fā)生器在生產(chǎn)實(shí)踐和科技領(lǐng)域中有著廣泛的應(yīng)用。各種波形曲線均可以用三角函數(shù)方程式來(lái)表示。能夠產(chǎn)生多種波形，如三角波、鋸齒波、矩形波（含方波）、正弦波的電路被稱為函數(shù)信號(hào)發(fā)生器。函數(shù)信號(hào)發(fā)生器在電路實(shí)驗(yàn)和設(shè)備檢測(cè)中具有十分廣泛的用途。例如在通

41、信、廣播、電視系統(tǒng)中，都需要射頻（高頻）發(fā)射，這里的射頻波就是載波，把音頻（低頻）、視頻信號(hào)或脈沖信號(hào)運(yùn)載出去，就需要能夠產(chǎn)生高頻的振蕩器。在工業(yè)、農(nóng)業(yè)、生物醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域內(nèi)，如高頻感應(yīng)加熱、熔煉、淬火、超聲診斷、核磁共振成像等，都需要功率或大或小、頻率或高或低的振蕩器。</p><p>　　早期的函數(shù)信號(hào)發(fā)生器集成電路。如L8038，BA205，XR2207/2209，它們的功能，精度不高，頻率上限只有3000kH

42、z，無(wú)法產(chǎn)生更高頻率的信號(hào)，套接方式也不夠靈活，頻率和占空比不能獨(dú)立調(diào)節(jié)，二者相互影響。目前市場(chǎng)上的的波形發(fā)生器多為純硬件的搭接而成，通常是單函數(shù)發(fā)生器而且頻率不高，其工作不很穩(wěn)定，不易調(diào)試，且許多功能都用不上。因此有必要研制一種價(jià)格低廉且切合實(shí)際需要的函數(shù)信號(hào)發(fā)生器，這樣既能節(jié)約成本又能順利完成自己的工作要求，對(duì)學(xué)校及各個(gè)科研單位的實(shí)驗(yàn)室建設(shè)具有重要意義。</p><p>　　根據(jù)當(dāng)前的現(xiàn)狀，在函數(shù)信號(hào)發(fā)生器的

43、基礎(chǔ)上，利用ARM處理器的工作原理，和其具有功耗低、體積小、速度快、精度高等優(yōu)點(diǎn)，結(jié)合MAX038設(shè)計(jì)出一種可以產(chǎn)生多種波形、頻率范圍寬、信號(hào)幅度可調(diào)且可通過(guò)PC機(jī)軟件進(jìn)行操作與控制的多功能信號(hào)源，可用于多種信號(hào)生成的場(chǎng)合，具有較好的實(shí)際意義。</p><p><b>　　1.3相關(guān)技術(shù)現(xiàn)狀</b></p><p>　　在本課題的研究及設(shè)計(jì)過(guò)程中綜合運(yùn)用了信號(hào)產(chǎn)生技術(shù)

44、、ARM技術(shù)、串口通信技術(shù)和EDA技術(shù)現(xiàn)對(duì)課題實(shí)現(xiàn)的相關(guān)技術(shù)現(xiàn)狀做簡(jiǎn)要的介紹。</p><p>　　1.3.1 信號(hào)產(chǎn)生技術(shù)發(fā)展現(xiàn)狀</p><p>　　傳統(tǒng)的函數(shù)信號(hào)發(fā)生器只能產(chǎn)生頻率范圍小，波形單一等基本波形。而且購(gòu)買的信號(hào)發(fā)生器價(jià)格昂貴，功能少。在科學(xué)研究和生產(chǎn)實(shí)踐中，如工業(yè)過(guò)程控制，生物醫(yī)學(xué)，地震模擬機(jī)械振動(dòng)等領(lǐng)域都需要常用到信號(hào)發(fā)生器。而完全由硬件電路構(gòu)成的信號(hào)發(fā)生器其性能難以讓

45、人滿意，而且由于所需的RC很大，大電阻、大電容在制造上有困難，參數(shù)的精度亦難以保證。體積大，漏電，損耗顯著更是其致命弱點(diǎn)。目前信號(hào)的產(chǎn)生一般采用兩種方式：一是采用直接數(shù)字頻率合成(DDS)方式即通過(guò)可編程技術(shù)從一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)參考時(shí)鐘產(chǎn)生多種頻率，主要優(yōu)點(diǎn)是信號(hào)源的相對(duì)帶寬較寬、頻率分辨率高、可產(chǎn)生寬帶正交信號(hào)及其他多種調(diào)制信號(hào)，控制靈活方便，具有較高的性價(jià)比。二是采用傳統(tǒng)的波形振蕩方式如常見(jiàn)的555、MAX038等芯片采用外接阻容介質(zhì)來(lái)達(dá)到頻

46、率合成的目的，其優(yōu)點(diǎn)是電路簡(jiǎn)單，通過(guò)為微控制器就能簡(jiǎn)單的進(jìn)行控制[2]。</p><p>　　本次設(shè)計(jì)的便攜式信號(hào)發(fā)生器根據(jù)這些現(xiàn)狀不僅能產(chǎn)生三角波、鋸齒波、正弦波等多種波形，而且價(jià)格低廉、體積小、易于攜帶，在范圍上也得到了一定的擴(kuò)展。</p><p>　　1.3.2 ARM技術(shù)</p><p>　　ARM嵌入式處理器是一種32位高性能、低功耗的RISC芯片，它由英

47、國(guó)ARM公司設(shè)計(jì)，世界上幾乎所有的主要半導(dǎo)體廠商都生產(chǎn)基于ARM體系結(jié)構(gòu)的通用芯片，或在其專用芯片中嵌入ARM的相關(guān)技術(shù)，如TI、Motorola、Intel、Atmel、Samsung、Philips、Altera、Nec、Sharp、NS等公司都有相應(yīng)的產(chǎn)品。ARM微處理器一般都具有體積小、功耗低、成本低、性能高、速度快的特點(diǎn)，目前ARM芯片廣泛應(yīng)用于工業(yè)控制、無(wú)線通信、網(wǎng)絡(luò)產(chǎn)品、消費(fèi)類電子產(chǎn)品、安全產(chǎn)品等領(lǐng)域，如交換機(jī)、路由器、數(shù)

48、控設(shè)備、機(jī)頂盒、STB及智能卡都采用了ARM技術(shù)，并在將來(lái)取得更廣泛的應(yīng)用。由于嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)具有高度的模塊化、擴(kuò)展性和可靠性，使得嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)在目前的嵌入式應(yīng)用中用得越來(lái)越廣泛，尤其在功能復(fù)雜、系統(tǒng)龐大的應(yīng)用中顯得越來(lái)越重要。在嵌入式應(yīng)用中使用嵌入式實(shí)時(shí)操作系統(tǒng)能充分發(fā)揮32位CPU的多任務(wù)潛力；提高開發(fā)效率，縮短開發(fā)周期；并且開發(fā)出來(lái)的產(chǎn)品具有高可靠性。目前來(lái)講，嵌入式操作系統(tǒng)有幾十種，常見(jiàn)的嵌入式操作系統(tǒng)有μCLinux

49、、RTLinux、Windows CE、Palm OS</p><p>　　ARM架構(gòu)是面向低預(yù)算市場(chǎng)設(shè)計(jì)的第一款RISC微處理器。因?yàn)锳RM的產(chǎn)品是IP Core，沒(méi)有任何物理意義上的硬件或者軟件實(shí)體，所以只能在中國(guó)注冊(cè)成為咨詢公司，盡管咨詢只是其業(yè)務(wù)中很小的一塊。ARM的核心業(yè)務(wù)是銷售芯片核心技術(shù)IP，目前全球有103家巨型IT公司在采用ARM技術(shù)，20家最大的半導(dǎo)體廠商中有19家是ARM的用戶，包括德州儀器

50、，意法半導(dǎo)體，Philips， Intel等。20大巨頭中唯一沒(méi)有購(gòu)買ARM授權(quán)的是Intel的老對(duì)頭AMD，因?yàn)镮ntel便攜式處理器采用的是StrongARM，而AMD則收購(gòu)了Alchemy公司與之抗衡，采用的是MIPS結(jié)構(gòu)。</p><p>　　微處理器核是ARM技術(shù)的重中之中，目前面向市場(chǎng)的有ARM7、ARM9、ARM9E-S、StrongARM和ARM10系列。ARM專利技術(shù)收入主要來(lái)自兩個(gè)方面，一個(gè)是

51、專利授權(quán)費(fèi)用，客戶如果采用ARM專利時(shí)一次性付給ARM的費(fèi)用；另一部分是按照一定比例收取客戶產(chǎn)品的專利使用費(fèi)，即客戶每賣出一片芯片，就收取同等比例的費(fèi)用。這兩項(xiàng)收入占公司總收入的70%。目前在中國(guó)已經(jīng)有中興通訊，中芯國(guó)際和上海華虹購(gòu)買了ARM的內(nèi)核授權(quán)，生產(chǎn)自己的芯片。ARM中國(guó)方面的業(yè)務(wù)的其它重點(diǎn)還在于對(duì)芯片設(shè)計(jì)公司(fables)的支持，開展大學(xué)計(jì)劃等。另外ARM還授權(quán)科匯宏盛(Impact)和北京旋極為開發(fā)工具的授權(quán)分銷商，200

52、2年的銷售額增長(zhǎng)在三位數(shù)(100%)以上。</p><p>　　與單片機(jī)相比，ARM引入了操作系統(tǒng)，這就使它自身有了更多的好處：</p><p>　　(1) 方便。主要體現(xiàn)在后期的開發(fā)，即在操作系統(tǒng)上直接開發(fā)應(yīng)用程序。不像單片機(jī)一樣一切都要重新寫。前期的操作系統(tǒng)移植工作，還是要專業(yè)人士來(lái)做。</p><p>　　(2) 安全。這是LINUX的一個(gè)特點(diǎn)。LINUX的內(nèi)

53、核與用戶空間的內(nèi)存管理分開，不會(huì)因?yàn)橛脩舻膯蝹€(gè)程序錯(cuò)誤而引起系統(tǒng)死掉。這在單片機(jī)的軟件開發(fā)中沒(méi)見(jiàn)到過(guò)。</p><p>　　(3) 高效。引入進(jìn)程的管理調(diào)度系統(tǒng)，使系統(tǒng)運(yùn)行更加高效。在傳統(tǒng)的單片機(jī)開發(fā)中大多是基于中斷的前后臺(tái)技術(shù)，對(duì)多任務(wù)的管理有局限性。</p><p>　　1.3.3 EDA技術(shù)</p><p>　　EDA是電子設(shè)計(jì)自動(dòng)化(Electronic D

54、esign Automation)的縮寫，在20世紀(jì)90年代初從計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)(CAD)、計(jì)算機(jī)輔助制造(CAM)、計(jì)算機(jī)輔助測(cè)試(CAT)和計(jì)算機(jī)輔助工程(CAE)的概念發(fā)展而來(lái)的。EDA技術(shù)就是以計(jì)算機(jī)為工具，設(shè)計(jì)者在EDA軟件平臺(tái)上，用硬件描述語(yǔ)言HDL完成設(shè)計(jì)文件，然后由計(jì)算機(jī)自動(dòng)地完成邏輯編譯、化簡(jiǎn)、分割、綜合、優(yōu)化、布局、布線和仿真，直至對(duì)于特定目標(biāo)芯片的適配編譯、邏輯映射和編程下載等工作。</p><p

55、>　　EDA技術(shù)所涉及的領(lǐng)域相當(dāng)廣泛，業(yè)界一般將EDA技術(shù)分成狹義EDA技術(shù)和廣義EDA技術(shù)。</p><p>　　狹義EDA技術(shù)，就是指以大規(guī)模可編程邏輯器件為設(shè)計(jì)載體，以硬件描述語(yǔ)言為系統(tǒng)邏輯描述的主要表達(dá)方式，以計(jì)算機(jī)、大規(guī)模可編程邏輯器件的開發(fā)軟件及實(shí)驗(yàn)開發(fā)系統(tǒng)為設(shè)計(jì)工具，通過(guò)有關(guān)的開發(fā)軟件，自動(dòng)完成用軟件方式設(shè)計(jì)的電子系統(tǒng)到硬件系統(tǒng)的邏輯編程、邏輯化簡(jiǎn)、邏輯分割、邏輯綜合及優(yōu)化、邏輯布局布線、邏輯

56、仿真，直至對(duì)于特定目標(biāo)芯片的適配編譯、邏輯映射、編程下載等工作，最終形成集成電子系統(tǒng)或?qū)Ｓ眉尚酒囊婚T新技術(shù)，或稱為IES/ASIC自動(dòng)設(shè)計(jì)技術(shù)。狹義EDA技術(shù)也就是使用EDA軟件進(jìn)行數(shù)字系統(tǒng)的設(shè)計(jì)。</p><p>　　廣義EDA技術(shù)，是通過(guò)計(jì)算機(jī)及其電子系統(tǒng)的輔助分析和設(shè)計(jì)軟件，完成電子系統(tǒng)某一部分的設(shè)計(jì)過(guò)程。因此，廣義EDA技術(shù)除了包含狹義EDA技術(shù)外，還包括計(jì)算機(jī)輔助分析CAA技術(shù)(如PSPICE、EW

57、B、MATLAB等)，印刷電路板計(jì)算機(jī)輔助設(shè)計(jì)PCB-CAD技術(shù)(如PROTEL、ORCAD等)和其他高頻和射頻設(shè)計(jì)和分析的工具等。PROTEL是Altium公司在80年代末推出的EDA軟件，在電子行業(yè)的CAD軟件中，它當(dāng)之無(wú)愧地排在眾多EDA軟件的前面。早期的PROTEL主要作為印制板自動(dòng)布線工具使用，運(yùn)行在DOS環(huán)境，對(duì)硬件的要求很低，在無(wú)硬盤286機(jī)的1M內(nèi)存下就能運(yùn)行，但它的功能也較少，只有電路原理圖繪制與印制板設(shè)計(jì)功能，其印制

58、板自動(dòng)布線的布通率也低，而現(xiàn)今的PROTEL已發(fā)展到DXP 2004，是個(gè)龐大的EDA軟件，完全安裝有200多兆，它工作在WINDOWS95環(huán)境下，是個(gè)完整的板級(jí)全方位電子設(shè)計(jì)系統(tǒng)，它包含了電路原理圖繪制、模擬電路與數(shù)字電路混合信號(hào)仿真、多層印制電路板設(shè)計(jì)(包含印制電路板自動(dòng)布線)、可編程邏輯器件設(shè)計(jì)、圖表生成、電子表格生成、支持宏操作等功能，并具有Client/S</p><p>　　1.4課題的主要研究?jī)?nèi)容&

59、lt;/p><p>　　本次設(shè)計(jì)主要任務(wù)是以ARM處理器為控制核心，設(shè)計(jì)一個(gè)多功能的信號(hào)源，可以產(chǎn)生正弦波，方波，三角波，其頻率，幅值可調(diào)。整個(gè)系統(tǒng)分為硬件電路部分和軟件編程部分。硬件部分處理器模塊主要采LPC2103處理器，信號(hào)生成電路主要利用MAX038進(jìn)行設(shè)計(jì)，頻段選擇電路主要采用CD4051進(jìn)行選擇；頻率控制電路主要采用DAC0832芯片進(jìn)行設(shè)計(jì)，放大電路主要采用SN10501芯片進(jìn)行信號(hào)放大。軟件部分主要包

60、括有波形種類選擇程序，頻段選擇程序，頻率控制程序。最后將各個(gè)模塊連接成為一個(gè)可靠精確高效的信號(hào)源。該論文的主要研究工作有：</p><p>　　(1) 查閱相關(guān)資料，熟悉課題的設(shè)計(jì)思想，并最終確定系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方案。主要查閱的資料有ARM介紹、MAX038芯片手冊(cè)、DAC0832芯片資料、CD4051芯片等相關(guān)資料。</p><p>　　(2) 設(shè)計(jì)信號(hào)生成、頻段選擇、頻率控制、信號(hào)放大等硬件

61、電路，這是整個(gè)課題實(shí)現(xiàn)的基礎(chǔ)。整個(gè)硬件設(shè)計(jì)包括LPC2103ARM處理器電路、電源電路、去耦濾波電路、電源指示燈電路、晶振及復(fù)位電路，信號(hào)生成電路、頻段選擇電路、頻率控制電路、信號(hào)放大電路。</p><p>　　(3) 在硬件原理設(shè)計(jì)的基礎(chǔ)上利用Protel 99se繪制了整個(gè)顯示及接口模塊的硬件原理圖。</p><p>　　(4) 在硬件原理設(shè)計(jì)完成的基礎(chǔ)上進(jìn)行軟件程序的設(shè)計(jì)。整個(gè)軟件功

62、能劃分為三個(gè)程序模塊，分別是波形選擇程序、頻段選擇程序和頻率控制程序。</p><p>　　(5) 在ADS1.2的開發(fā)環(huán)境中完成程序的編碼及調(diào)試[4]。 </p><p>　　1.5課題研究的重難點(diǎn)</p><p>　　1.5.1課題研究的重點(diǎn)</p><p>　　課題的研究將綜合利用ARM處理器技術(shù)、EDA技術(shù)、信號(hào)發(fā)生器產(chǎn)生技術(shù)，工作重

63、點(diǎn)主要有兩個(gè)方面：</p><p>　　(1) 利用protel軟件完成整個(gè)硬件部分的電路圖設(shè)計(jì)，是整個(gè)設(shè)計(jì)的硬件基礎(chǔ)，因?yàn)殡娐吩O(shè)計(jì)包括ARM處理器電路、信號(hào)發(fā)生器產(chǎn)生電路、頻段選擇電路、頻率范圍控制電路以及信號(hào)放大電路設(shè)計(jì)。在電路設(shè)計(jì)過(guò)程中要保證元器件電路連接正確，只有電路正確才能保證系統(tǒng)正常工作。</p><p>　　(2) 在ADS1.2開發(fā)環(huán)境下用C語(yǔ)言編寫信號(hào)產(chǎn)生控制程序，以及之

64、后用開發(fā)板進(jìn)行軟硬件的聯(lián)調(diào)，這是實(shí)現(xiàn)整個(gè)設(shè)計(jì)的關(guān)鍵。因?yàn)樵诔绦蛟O(shè)計(jì)工程中主要設(shè)計(jì)波形選擇、頻段選擇、頻率控制程序，只有經(jīng)過(guò)調(diào)試確保程序無(wú)誤后才能保證ARM處理器作為整個(gè)模塊的核心來(lái)控制整個(gè)模塊的工作。</p><p>　　1.5.2課題研究的難點(diǎn)</p><p>　　在課題研究與設(shè)計(jì)過(guò)程中，由于LPC2103的工作電壓是3.3V和1.8V，為了解決這個(gè)難點(diǎn)，也為了保證LPC2103能正常工

65、作，并不影響整個(gè)電路的正常工作，就利用了LM117芯片的工作原理，外加一個(gè)0歐電阻，把5V電壓轉(zhuǎn)換為3.3V和1.8V，特別是當(dāng)模擬電壓與數(shù)字電壓在一起輸出時(shí)，0歐電阻相當(dāng)于一個(gè)電感，隔直阻交來(lái)減少兩者的影響。另外，由于CD4051在-5V的電壓上工作時(shí)，效率會(huì)更好，所以需要設(shè)計(jì)一個(gè)電壓轉(zhuǎn)換電路用來(lái)轉(zhuǎn)換出CD4051所需要的-5V電壓。除此之外，完成信號(hào)發(fā)生控制模塊的調(diào)試也是設(shè)計(jì)的難點(diǎn)。為了解決這個(gè)難點(diǎn)，必須在焊接電路版時(shí)應(yīng)該倍加小心，

66、確保硬件電路焊接無(wú)誤，然后在程序的設(shè)計(jì)與燒寫過(guò)程中，應(yīng)該保證程序調(diào)試無(wú)誤后在進(jìn)行燒寫。這樣才能保證信號(hào)發(fā)生器正常工作。</p><p>　　1.6論文的結(jié)構(gòu)安排</p><p>　　論文的組織結(jié)構(gòu)如下：</p><p>　　第一章：緒論，介紹關(guān)于基于ARM處理器的信號(hào)控制模塊的設(shè)計(jì)背景、意義、課題的主要研究?jī)?nèi)容以及課題研究的重難點(diǎn)。</p><p

67、>　　第二章：系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案，對(duì)整個(gè)課題的設(shè)計(jì)方案做了介紹，并對(duì)各個(gè)模塊的設(shè)計(jì)思路以及相關(guān)技術(shù)做出了介紹。 </p><p>　　第三章：相關(guān)技術(shù)介紹，介紹了課題設(shè)計(jì)過(guò)程中所使用的相關(guān)技術(shù)，包括ARM技術(shù)、串口通信技術(shù)。</p><p>　　第四章：系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì)，介紹了硬件設(shè)計(jì)的總體思路以及各個(gè)模塊電路的設(shè)計(jì)原理。</p><p>　　第五章：軟件設(shè)計(jì)，對(duì)軟件開

68、發(fā)環(huán)境以及程序設(shè)計(jì)的思路和具體步驟做以介紹。</p><p>　　第六章：系統(tǒng)調(diào)試，在ADS1.2開發(fā)環(huán)境中對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行功能調(diào)試，包括系統(tǒng)硬件調(diào)試和系統(tǒng)軟件調(diào)試以及軟硬件之間的聯(lián)調(diào)，及在調(diào)試中遇到的問(wèn)題及解決方案。</p><p>　　第七章：結(jié)論，總結(jié)設(shè)計(jì)，得出結(jié)論，總結(jié)設(shè)計(jì)收獲和體會(huì)，同時(shí)指出整個(gè)設(shè)計(jì)工作的不足之處和需要改進(jìn)的地方。</p><p><b&g

69、t;　　2 系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案</b></p><p>　　2.1系統(tǒng)功能概述及技術(shù)指標(biāo)要求</p><p>　　設(shè)計(jì)要求以ARM處理器和MAX038芯片為核心，在ADS1.2開發(fā)環(huán)境中，利用MAX038信號(hào)發(fā)生器信號(hào)產(chǎn)生原理，把硬件與軟件相結(jié)合設(shè)計(jì)一套完整的信號(hào)發(fā)生器，其功能概述及主要技術(shù)指標(biāo)要求如下：</p><p>　　(1) 信號(hào)發(fā)生器可產(chǎn)生多種波形

70、，包括正弦波、三角波和方波； </p><p>　　(2) 產(chǎn)生的信號(hào)頻率為2Hz~10MHz，幅度為5V(p-p)； </p><p>　　(3) 信號(hào)頻率在每個(gè)頻段內(nèi)可連續(xù)調(diào)節(jié)；

71、 </p><p>　　(4) 信號(hào)發(fā)生器要求體積小、功能強(qiáng)、操作方便且具有便攜性； </p><p>　　(5) 信號(hào)生成功能要求對(duì)產(chǎn)生的信號(hào)的波形、頻段、頻率均可進(jìn)行方便控制； </p><p&g

72、t;　　(6) 信號(hào)發(fā)生器產(chǎn)生的波形種類和各種參數(shù)符合系統(tǒng)要求，系統(tǒng)運(yùn)行穩(wěn)定可靠。</p><p>　　2.2系統(tǒng)整體設(shè)計(jì)方案論證</p><p>　　在信號(hào)產(chǎn)生模塊的設(shè)計(jì)中，對(duì)于信號(hào)波形種類的選擇以及波形頻率的控制是一個(gè)重要環(huán)節(jié)，此外最后對(duì)于信號(hào)的放大也是本次設(shè)計(jì)的難點(diǎn)，對(duì)于信號(hào)產(chǎn)生功能的實(shí)現(xiàn)，可選的設(shè)備主要有：</p><p>　　(1) 在現(xiàn)代電子系統(tǒng)中經(jīng)常需

73、要產(chǎn)生穩(wěn)定的重復(fù)信號(hào)，例如模擬電路中的正弦波信號(hào)或者數(shù)字電路中的方波信號(hào)。傳統(tǒng)的信號(hào)發(fā)生器通常是首先產(chǎn)生所需頻率的正弦波信號(hào)，然后再利用比較器產(chǎn)生方波信號(hào)。按照正弦波信號(hào)發(fā)生器中頻率選擇電路組成形式，它們可以劃分LC正弦波信號(hào)發(fā)生器、RC正弦波信號(hào)發(fā)生器以及晶體正弦信號(hào)發(fā)生器。對(duì)于LC正弦信號(hào)發(fā)生器和RC正弦信號(hào)發(fā)生器適當(dāng)?shù)卦O(shè)計(jì)頻率選擇電路中的電感、電容或者電阻的數(shù)值。信號(hào)發(fā)生器就可以產(chǎn)生所要求的工作頻率的信號(hào)。如果頻率選擇電路中電感、

74、電容、或者電阻使用可調(diào)電感、可調(diào)電容或者電位器來(lái)代替，通過(guò)調(diào)整這些可調(diào)器件，正弦信號(hào)產(chǎn)生器的工作頻率可以方便的調(diào)整。這兩種電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、價(jià)格便宜，它們獲得廣泛的應(yīng)用，但是這兩種電路穩(wěn)定度不高，通常為103量級(jí)，晶體正弦波信號(hào)發(fā)生器具有較高的的頻率穩(wěn)定度通?？梢赃_(dá)到106量級(jí)。但是它的工作頻率取決定于晶體的諧振頻率。在需要改變晶體正弦信號(hào)產(chǎn)生器工作頻率時(shí)電路中用于頻率選擇的晶體必須被更換。如果既要求信號(hào)產(chǎn)生器的工作頻率穩(wěn)定又要求能夠通過(guò)調(diào)

75、整電路參數(shù)的方法來(lái)調(diào)整工作頻率，傳統(tǒng)的方法為采用基于鎖相環(huán)，PHASE、LOCKED、LO</p><p>　　(2) 使用ARM微處理器和MAX038，控制數(shù)字/模擬轉(zhuǎn)換器也可以產(chǎn)生所需要的信號(hào)波形。這種方法不僅可以產(chǎn)生正弦波信號(hào)，而且可以產(chǎn)生任意信號(hào)波形。把希望的波形信號(hào)通過(guò)采樣和量化可以產(chǎn)生波形數(shù)據(jù)這些數(shù)據(jù)被放置在存儲(chǔ)器之中。工作時(shí)利用微處理器把這些波形數(shù)據(jù)送到數(shù)字/模擬轉(zhuǎn)換器就能夠獲得所需要的波形。由于這

76、時(shí)產(chǎn)生的正弦信號(hào)是由微處理器的程序控制來(lái)實(shí)現(xiàn)，微處理器的工作又由它的時(shí)鐘控制，因此電路產(chǎn)生電路信號(hào)將具有與時(shí)鐘信號(hào)同樣的穩(wěn)定度，即可以達(dá)到與晶體信號(hào)產(chǎn)生器相同頻率的穩(wěn)定度。如果希望調(diào)整輸出信號(hào)的頻率，這時(shí)可以通過(guò)在程序中添加具有延時(shí)功能的指令或者子程序來(lái)實(shí)現(xiàn)。使用微處理器控制數(shù)字/模擬轉(zhuǎn)換器產(chǎn)生需要的信號(hào)波形解決了輸出信號(hào)頻率穩(wěn)定度和頻率可調(diào)整性問(wèn)題，同時(shí)還能產(chǎn)生任意信號(hào)波形，并且電路結(jié)構(gòu)也不復(fù)雜。這種方法的缺點(diǎn)是輸出信號(hào)的頻率較低，輸

77、出信號(hào)頻率的調(diào)整精度也較低[5]。</p><p>　　針對(duì)這些情況，最終確立了以ARM處理器LPC2103及信號(hào)產(chǎn)生芯片MAX038為核心的設(shè)計(jì)方案。</p><p>　　2.3設(shè)計(jì)方案及工作原理</p><p>　　根據(jù)信號(hào)發(fā)生器信號(hào)產(chǎn)生功能及控制的設(shè)計(jì)主要是利用ARM技術(shù)、MAX038信號(hào)產(chǎn)生的原理來(lái)實(shí)現(xiàn)一個(gè)信號(hào)控制功能，總體可分為按鍵模塊、處理器模塊、電平轉(zhuǎn)

78、換模、LCD顯示模塊、頻段選擇、頻率控制模塊和信號(hào)發(fā)生芯片模塊等幾個(gè)部分?？傮w設(shè)計(jì)方案圖如圖2.1所示。</p><p>　　圖2.1 總體設(shè)計(jì)方案圖</p><p>　　各部分功能及工作原理如下：</p><p>　　(1) 上位機(jī)運(yùn)行操作界面程序，操作人員可以通過(guò)上位機(jī)軟件控制處理器從而控制信號(hào)產(chǎn)生模塊的工作。</p><p>　　(2)

79、 電平轉(zhuǎn)換模塊負(fù)責(zé)PC機(jī)與處理器串口電平之間的轉(zhuǎn)換，保證通信的可靠性。電平轉(zhuǎn)換模塊采用的是MAX232芯片，可以把電腦串口的+12V/-12V電壓轉(zhuǎn)換成LPC2103串口的通信的電平。</p><p>　　(3) ARM處理器是整個(gè)方案的控制核心，采用的是LPC2103芯片。操作人員通過(guò)上位機(jī)軟件發(fā)出的各種操作指令以及從鍵盤上輸入的指令，按照這些指令的要求，控制信號(hào)產(chǎn)生芯片產(chǎn)生所需的波形信號(hào)。</p>

80、<p>　　(4) 按鍵模塊是控制系統(tǒng)中人機(jī)交互的一部分。采用的是4*4矩陣鍵盤。操作人員通過(guò)鍵盤輸入想要產(chǎn)生波形的參數(shù)，送給處理器進(jìn)行處理。</p><p>　　(5) 顯示模塊是將要產(chǎn)生的波形信息利用LCD屏進(jìn)行顯示。LCD屏采用的是Nokia5110的手機(jī)屏。顯示模塊可以使操作人員很直觀的知道波形的信息。</p><p>　　(6) 信號(hào)產(chǎn)生模塊是整個(gè)方案的重點(diǎn)部分，該

81、模塊選用的MAX038芯片。該模塊通過(guò)ARM處理器進(jìn)行控制產(chǎn)生所需的波形如：正弦波、方波、三角波。</p><p>　　(7) 頻段選擇模塊主要把2Hz~10MHz，頻率范圍分成八段，通過(guò)電子開關(guān)以八選一的方式，來(lái)選擇自己所需的的頻段。</p><p>　　(8) 頻率控制模塊主要利用ARM處理器通過(guò)控制DAC0832芯片，來(lái)控制頻率的輸出。</p><p>　　(

82、9) 信號(hào)放大模塊完成對(duì)信號(hào)的放大及阻抗匹配等功能，滿足函數(shù)信號(hào)波形實(shí)際應(yīng)用的需求。</p><p>　　本課題主要負(fù)責(zé)整個(gè)信號(hào)源中ARM處理器、頻段選擇、頻率控制、信號(hào)發(fā)生芯片以及放大電路模塊的設(shè)計(jì)。</p><p><b>　　2.4相關(guān)技術(shù)選擇</b></p><p>　　2.4.1處理器的選擇</p><p>　

83、　理器選擇32位ARM處理器LPC2103，LPC2101/02/03是基于一個(gè)支持實(shí)時(shí)仿真的16/32位ARM7 TDMI-S CPU的微控制器，并帶有8kB、16kB或32kB嵌入的高速 Flash存儲(chǔ)器。128位寬度的存儲(chǔ)器接口和獨(dú)特的加速結(jié)構(gòu)使32位代碼能夠在最大時(shí)鐘速率下運(yùn)行。對(duì)中斷服務(wù)程序和DSP算法中性能要求嚴(yán)格的應(yīng)用，這增加的性能比在Thumb模式下的性能超出多達(dá)30%。對(duì)代碼規(guī)模有嚴(yán)格控制的應(yīng)用，使用16位Thumb

84、模式將代碼規(guī)模降低超過(guò)30%，而性能的損失卻很小。由于LPC2103非常小的尺寸和極低的功耗，它們非常適合于那些將小型化作為主要要求的應(yīng)用，多個(gè)UART、SPI到SSP和2個(gè)I2C總線組成的混合串行通信接口和片內(nèi)2kB/4kB/8kB的SRAM一起作用，可使得LPC2101/2102/2103非常適合用來(lái)實(shí)現(xiàn)通信網(wǎng)關(guān)和協(xié)議轉(zhuǎn)換器、數(shù)學(xué)協(xié)處理器以及足夠大空間的緩沖區(qū)的強(qiáng)大處理功能。而多個(gè)32位和16位的定時(shí)器、一個(gè)經(jīng)改良后的10位ADC、

85、PWM特性(通過(guò)所有定時(shí)器上的一個(gè)輸出匹配來(lái)實(shí)現(xiàn))和32個(gè)快速GPIO(含有多達(dá)9個(gè)邊沿或電平有效的外部中斷管腳)使它們特</p><p>　　2.4.2信號(hào)發(fā)生模塊的選擇</p><p>　　根據(jù)實(shí)際需要，通過(guò)控制信號(hào)發(fā)生芯片來(lái)產(chǎn)生所需的信號(hào)，例如是否對(duì)信號(hào)波形種類進(jìn)行選擇，是否對(duì)信號(hào)頻段進(jìn)行選擇，以及是否對(duì)信號(hào)頻率進(jìn)行控制和放大等，這就要求我們需要設(shè)計(jì)信號(hào)的頻段選擇模塊，信號(hào)的頻率控制

86、模塊和信號(hào)的放大模塊。信號(hào)的產(chǎn)生需要MAX038芯片。</p><p>　　MAX038的性能特點(diǎn)：</p><p>　　(1) 能精密地產(chǎn)生三角波、方波、正弦波信號(hào)。</p><p>　　(2) 波形失真小，正弦波失真度小于0.75％，占空比調(diào)節(jié)時(shí)非線性度低于2％。</p><p>　　(3) 采用±5V雙電源供電，允許5％變化范

87、圍，電源電流為80mA，典型功耗400MW，工作溫度范圍為0～70V。 </p><p>　　(4) 內(nèi)設(shè)2.5V電壓基準(zhǔn)，利用控制端FADJ、DADJ實(shí)現(xiàn)頻率微調(diào)和占空比調(diào)節(jié)。 </p><p>　　采用函數(shù)發(fā)生器MAX038，可以產(chǎn)生正弦波、方波、三角波，通過(guò)調(diào)整輸入電壓可以改變輸出頻率。</p><p>　　2.4.3頻段選擇功能的實(shí)現(xiàn)</p>

88、<p>　　頻段選擇模塊需要CD4051八選一的電子開關(guān)芯片，因?yàn)镃D4051是單8通道數(shù)字控制模擬電子開關(guān)，有三個(gè)二進(jìn)控制輸入端A、B、C和INH輸入，具有低導(dǎo)通阻抗和很低的截止漏電流。幅值為4.5～20V的數(shù)字信號(hào)可控制峰值至20V的模擬信號(hào)。例如，若VDD＝+5V，VSS＝0，VEE＝-13.5V，則0～5V的數(shù)字信號(hào)可控制-13.5～4.5V的模擬信號(hào)。這些開關(guān)電路在整個(gè)VDD-VSS和VDD-VEE電源范圍內(nèi)具有極低

89、的靜態(tài)功耗，與控制信號(hào)的邏輯狀態(tài)無(wú)關(guān)。當(dāng)INH輸入端＝“1”時(shí)，所有的通道截止。三位二進(jìn)制信號(hào)可通過(guò)設(shè)置A2A1A0的邏輯數(shù)值來(lái)選擇所需的頻段。例如當(dāng)A2A1A0為000時(shí)，選擇頻段一。</p><p>　　2.4.4頻率控制功能的實(shí)現(xiàn)</p><p>　　頻率控制模塊需要DAC0832芯片進(jìn)行控制，因?yàn)镈AC0832是8分辨率的D/A轉(zhuǎn)換集成芯片。與微處理器完全兼容。而且價(jià)格低廉、接口簡(jiǎn)

90、單、轉(zhuǎn)換控制容易等優(yōu)點(diǎn)。利用控制電壓的大小來(lái)控制信號(hào)頻率的大小。所以通過(guò)DAC0832芯片來(lái)控制信號(hào)的頻率。</p><p>　　2.4.3軟件開發(fā)環(huán)境選擇</p><p>　　本設(shè)計(jì)信號(hào)生成功能程序的運(yùn)行環(huán)境為ARM的軟件開發(fā)環(huán)境ADS1.2。ARM ADS全稱為ARM Developer Suite，是ARM公司推出的新一代ARM集成開發(fā)工具?，F(xiàn)在ADS的最新版本是1.2，它取代了早期

91、的1.1和1.0，除了可以安裝在 windows NT4、windows 2000、windows 98和windows95 操作系統(tǒng)下，還支持windows ME和windows XP操作系統(tǒng)。ADS由命令行開發(fā)工具、ARM 實(shí)時(shí)庫(kù)、GUI 開發(fā)環(huán)境(Code Warrior 和AXD)、實(shí)用程序和支持軟件組成。有了這些部件，用戶就可以為ARM系列的RISC處理器編寫和調(diào)試自己開發(fā)的應(yīng)用程序了。</p><p>

92、;　　ADS1.2使用了CodeWarrior IDE集成開發(fā)環(huán)境，并集成了ARM匯編器、ARM的C/C++編譯器、Thumb的C/C++編譯器、ARM連接器，包含工程管理器、代碼生成接口、語(yǔ)法敏感(對(duì)關(guān)鍵字以不同顏色顯示)編輯器、源文件和類瀏覽器等。</p><p>　　本課題就是利用ARM處理器LPC2103，作為信號(hào)發(fā)生器信號(hào)生成功能的控制核心，在ADS1.2開發(fā)環(huán)境中來(lái)完成信號(hào)的產(chǎn)生與控制。</p&

93、gt;<p><b>　　3 相關(guān)技術(shù)介紹</b></p><p>　　3.1 ARM技術(shù)介紹</p><p>　　ARM(Advanced RISC Machines)，既可以認(rèn)為是一個(gè)公司的名字，也可以認(rèn)為是對(duì)一類微處理器的通稱，還可以認(rèn)為是一種技術(shù)的名字。</p><p>　　ARM是微處理器行業(yè)的一家知名企業(yè)，設(shè)計(jì)了大量

94、高性能、廉價(jià)、耗能低的RISC處理器、相關(guān)技術(shù)及軟件。技術(shù)具有性能高、成本低和能耗省的特點(diǎn)。適用于多種領(lǐng)域，比如嵌入控制、消費(fèi)/教育類多媒體、DSP和移動(dòng)式應(yīng)用等。該公司成立于1990年11月，是蘋果電腦，Acorn電腦集團(tuán)和VLSI Technology的合資企業(yè)。Acorn曾推出世界上首個(gè)商用單芯片RISC處理器，而蘋果電腦當(dāng)時(shí)希望將RISC技術(shù)應(yīng)用于自身系統(tǒng)，ARM微處理器新標(biāo)準(zhǔn)因此應(yīng)運(yùn)而生[7]。</p><

95、p>　　微處理器核是ARM技術(shù)的重中之中，目前面向市場(chǎng)的有ARM7、ARM9、ARM9E-S、StrongARM和ARM10系列。ARM專利技術(shù)收入主要來(lái)自兩個(gè)方面，一個(gè)是專利授權(quán)費(fèi)用，客戶如果采用ARM專利時(shí)一次性付給ARM的費(fèi)用；另一部分是按照一定比例收取客戶產(chǎn)品的專利使用費(fèi)，即客戶每賣出一片芯片，就收取同等比例的費(fèi)用。這兩項(xiàng)收入占公司總收入的70%。目前在中國(guó)已經(jīng)有中興通訊，中芯國(guó)際和上海華虹購(gòu)買了ARM的內(nèi)核授權(quán)，生產(chǎn)自己

96、的芯片。ARM中國(guó)方面的業(yè)務(wù)的其它重點(diǎn)還在于對(duì)芯片設(shè)計(jì)公司(fables)的支持，開展大學(xué)計(jì)劃等。另外ARM還授權(quán)科匯宏盛(Impact)和北京旋極為開發(fā)工具的授權(quán)分銷商，2002年的銷售額增長(zhǎng)在三位數(shù)(100%)以上。</p><p>　　與單片機(jī)相比，ARM引入了操作系統(tǒng)，這就使它自身有了更多的好處：</p><p>　　(1) 方便，主要體現(xiàn)在后期的開發(fā)，即在操作系統(tǒng)上直接開發(fā)應(yīng)用程

97、序。不像單片機(jī)一樣一切都要重新寫。前期的操作系統(tǒng)移植工作，還是要專業(yè)人士來(lái)做。</p><p>　　(2) 安全，這是LINUX的一個(gè)特點(diǎn)。LINUX的內(nèi)核與用戶空間的內(nèi)存管理分開，不會(huì)因?yàn)橛脩舻膯蝹€(gè)程序錯(cuò)誤而引起系統(tǒng)死掉。這在單片機(jī)的軟件開發(fā)中沒(méi)見(jiàn)到過(guò)。</p><p>　　(3) 高效，引入進(jìn)程的管理調(diào)度系統(tǒng)，使系統(tǒng)運(yùn)行更加高效。在傳統(tǒng)的單片機(jī)開發(fā)中大多是基于中斷的前后臺(tái)技術(shù)，對(duì)多任務(wù)

98、的管理有局限性。</p><p>　　3.2 ARM處理器LPC2103</p><p>　　EasyARM2103開發(fā)板采用了NXP公司基于ARM7 TDMI-S核、LQFP48封裝的LPC2103芯片，具有JTAG仿真調(diào)試和ISP編程功能。 開發(fā)板上提供了按鍵、發(fā)光二極管等常用的功能器件，具有RS-232接口電路和I2C存儲(chǔ)器電路。用戶可以更換兼容的CPU進(jìn)行仿真調(diào)試，如LPC2101

99、和LPC2102等。開發(fā)板上所有的I/O口全部引出，靈活的跳線</p><p>　　組合，極大的方便用戶進(jìn)行32位ARM嵌入式系統(tǒng)的開發(fā)實(shí)驗(yàn)[8]。</p><p>　　EasyARM2103開發(fā)板的功能特點(diǎn)如下：</p><p>　　(1) 16/32位ARM7TDMI-S處理器，極小型LQFP48封裝；</p><p>　　(2) 2kB

100、/4kB/8kB的片內(nèi)靜態(tài)RAM，8kB/16kB/32kB的片內(nèi)Flash程序存儲(chǔ)器，128位寬的接口/加速器使其實(shí)現(xiàn)了70MHz的高速操作；</p><p>　　(3) 10位的A/D轉(zhuǎn)換器含有8個(gè)模擬輸入，每個(gè)通道的轉(zhuǎn)換時(shí)間低至2.44μs，專用的結(jié)果寄存器使中斷開銷降到最低；</p><p>　　(4) 2個(gè)32位的定時(shí)器/外部事件計(jì)數(shù)器，具有7路捕獲和7路比較通道；</p&

101、gt;<p>　　(5) 2個(gè)16位的定時(shí)器/外部事件計(jì)數(shù)器，具有3路捕獲和7路比較通道；</p><p>　　(6) 低功耗實(shí)時(shí)時(shí)鐘(RTC)，有獨(dú)立的供電電源和專門的32kHz時(shí)鐘輸入；</p><p>　　(7) 多個(gè)串行接口，包括2個(gè)UART(16C550)，2個(gè)快速I2C總線(400kbits/s)以及帶緩沖和可變數(shù)據(jù)長(zhǎng)度功能的SPI和SSP；</p>

102、<p>　　(8) 向量中斷控制器，可配置優(yōu)先級(jí)和向量地址；</p><p>　　(9) 多達(dá)32個(gè)可承受5V的通用I/O口；</p><p>　　(10) 高達(dá)13個(gè)邊沿或電平有效的外部中斷管腳；</p><p>　　(11) 通過(guò)可編程的片內(nèi)PLL(可能的輸入頻率范圍：10MHz～25MHz)可實(shí)現(xiàn)最大為70MHz的CPU時(shí)鐘頻率，設(shè)置時(shí)間為100μ

103、s；</p><p>　　LPC2103管腳圖如圖3.1所示。</p><p>　　圖3.1 LPC2103管腳圖</p><p>　　3.3 ADS1.2開發(fā)環(huán)境的介紹</p><p>　　ADS的英文全稱為ARM Developer Suite，是ARM公司推出的新一代ARM集成開發(fā)工具，用來(lái)取代ARM公司以前推出的開發(fā)工具ARM SDT

104、。目前ARM ADS的最新版本為1.2。</p><p>　　ARM ADS起源于ARM SDT，它對(duì)一些SDT的模塊進(jìn)行了增強(qiáng)，并替換了一些SDT的組成部分。用戶可以感受到的最強(qiáng)烈的變化是，ADS使用CodeWarrior IDE集成開發(fā)環(huán)境替代了SDT的APM，使用AXD替換了ADW，現(xiàn)代集成開發(fā)環(huán)境的一些基本特性(如源文件編輯器語(yǔ)法高亮和窗口駐留等功能)在ADS中都得以體現(xiàn)。ARM ADS支持所有ARM 系

105、列處理器，包括最新的ARM9E 和ARMl0。除了ARM SDT支持的運(yùn)行操作系統(tǒng)外，還可以在Windows 2000/Me及RedHat Linux上運(yùn)行[9]。</p><p>　　ARM ADS由六部分組成： </p><p>　　(1) 代碼生成工具，代碼生成工具(Code Generation Tools)由源程序編譯、匯編、鏈接工具集組成。ARM公司針對(duì)ARM系列每一種結(jié)構(gòu)都進(jìn)

106、行了專門的優(yōu)化處理。這一點(diǎn)除了作為ARM結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)者的ARM公司外，其他公司都無(wú)法辦到。ARM公司宣稱，其代碼生成工具最終生成的可執(zhí)行文件最多可以比其他公司工具套件生成的文件小20％。</p><p>　　(2) 集成開發(fā)環(huán)境，CodeWarrior IDE是Metrowerks公司一套比較有名的集成開發(fā)環(huán)境，有不少?gòu)S商將它作為界面工具集成在自己的產(chǎn)品中。CodeWarrior IDE包含工程管理器、代碼生成接口

107、、語(yǔ)法敏感編輯器、源文件和類瀏覽器、源代碼版本控制系統(tǒng)接口及文本搜索引擎等。其功能與Visual Studio相似，但界面風(fēng)格比較獨(dú)特。ADS僅在其PC機(jī)版本中集成了該IDE[10]。</p><p>　　(3) 調(diào)試器，調(diào)試器(Debuggers)部分包括兩個(gè)調(diào)試器：ARM擴(kuò)展調(diào)試器AXD(ARM extended Debugger)和ARM符號(hào)調(diào)試器armsd(ARM Symbolic Debugger)。A