基于C8051F040单片机的信号发生器设计(3)
1.2.3 采用锁相频率合成技术（PLLFS）
即利用锁相环路的窄带跟踪特性来得到不同的频率。锁相频率合成器能提供长期频率稳定度与短期频率稳定度都比较高且杂波少的信号输出。锁相环式频率合成器具有很好的窄带跟踪特性，可以很好地选择所需频率的信号，抑制杂散分量，并且避免了大量的滤波器，有利于集成化和小型化。但由于锁相环本身是个惰性环节，锁定时间较长，故频率转换时间较长，且合成的正弦波的参数，如幅度、频率和相位较难控制[3]。除此之外，由模拟方法合成的正弦波的参数，如幅度、频率和相位都很难控制。同样，此方法不能产生任意波形。
1.2.4 采用直接合成技术（DS）
通过倍频器、分频器、混频器对频率进行加、减、乘、除运算，得到各种所需频率。直接频率合成方法具有频率转换时间短、近载频相位噪声性能好等优点，但是由于大量的倍频，混频等电路，就要有不少滤波电路，使合成器的设备结构十分复杂、体积庞大、成本高，而且容易产生过多的杂散分量，难以达到较高的频谱纯度。而且输出端的谐波、噪声及寄生频率难以抑制[4]。此方法只能产生标准波形，不能产生任意波形。
1.2.5 采用直接数字频率合成（DDFS）技术
信号频率范围覆盖超低频和高频，便于控制。通过计数器的输出作为读取波形存储器RAM的地址，将读出的数据送至D/A转换器输出波形。而对计数器的控制也有两种实现方案：通过一定的频率作用于计数器，使其能循环计数。采用CPLD与单片机相结合的方式实现对频率的控制，利用CPLD产生一个相位累加器，通过相位累加器和固定时钟脉冲取样的相位寄存器组成[5]。现在出现的专用DDS芯片功能强大，但成本较高。
1.2.6 采用微处理器结合D/A的方式
以单片机为核心，将所需波形如正弦波采样取点后存入数据存储器。系统的控制电路启动D/A 转换将外部存储器中的数据转化成模拟信号，生成所需要的波形。此方法具有电路体积小，成本低，制作方便，只要改变数据存储器中的采样数据，就可以产生任意波形。
2 系统设计
综合1.2节中信号发生器实现方式的优缺点以及本次毕业设计的设计要求。本设计拟采用1.2.6的方法，即采用微处理器结合D/A的方式。
2.1 系统框图
整个系统的模块框图如图2-1所示：
图2-1 系统框图
系统的工作过程为：通过键盘，进行所需波形的选择以及设置所需波形的频率和幅度参数，设置过程同时在液晶上显示。单片机根据参数要求，将所需波形数据存入RAM中，同时在一定时钟驱动下，读取RAM中的波形数据送DAC进行数模转换，经低通滤波器滤波并功率放大后输出。
2.2 系统需处理的问题
2.2.1 波形数据的采样生成
先将信号幅值量化(离散采样)，将一个函数的相位在0~2π范围内分成 个点。求出相应点的函数值，转换成二进制数，构成一个函数表，并按一定顺序将该表存到RAM中，然后在序列脉冲作用下以相同的顺序逐个取出幅值信息，再经D/A转换器转换成模拟量，便可得到所需的波形。
如图2-1-1所示的二文图形用于定义任意周期函数的一个周期。实际上查表可以逼近任意周期波形，该图形有两个16位的坐标轴，横轴代表相位(取值范围是0～65535)，纵轴代表幅值(取值范围是-32768～+32767)[6]。
图2-1-1 取样示例图
2.2.2 频率调整
频率的调整可以设计硬件电路进行调整但这样做既增加了成本也降低了系统的稳定性。本次设计拟采用通过设置定时器4溢出后的重载入值来设定DAC的采样频率。由于C8051F计数器向上计数，重装入值一般为负值，可以通过下面公式确定：