關于電子信息技術中信號源的設計與制作

【摘要】隨著科學技術的不斷發展，網絡電子設備得到普及，在電子時代中，電子信息技術在我們日常生活中發揮的作用越來越重要，而信號源等基本電子設備發揮的作用也逐漸受到人們的重視。本文基于增強信息源功能性及實用性的原則，通過研究DDS技術重新定義和分析信息源的設計和制作方法。

【關鍵詞】電子信息技術；信號源；設計與制作

作為產生各種電子信號的儀器，信號源又可以叫做信號發生器，因為所有的電子信息設備都是在信號源的作用下進行信號的輸出工作，所以信號源被廣泛的應用到科技和生產實踐等眾多領域中。信號源通過變換電路以及波形產生電路來提供各種信號，其中波形產生電路又可以叫做波形發生器或振蕩器，工作原理是通過電路將直流能源轉變為交流能源輸送出去，不需要增加其它外界的激勵信號。可以將信號源劃分為：數字信號、脈沖信號、掃頻信號、正弦信號、函數信號等具有不同波形的信號源，電子線路中普遍用到的信號源是脈沖信號和正弦信號[1]。在電子信息技術快速發展的時代，對信號源等基本電子設備的開發和研制也相繼步入了一個全新的發展階段。

1.直接數字式頻率合成技術的特點

直接數字式頻率合成技術（Direct Digital Synthesizer）簡稱DDS，在功率的消耗、轉換時間、成本投入以及分辨率等方面都要優于傳統的頻率合成器。人們生活的各個領域也都涉及到了電子信息技術，電子測量儀器和電子信息系統的發展空間非常廣闊，而在對電子信息設備進行數字化改革的過程中最關鍵的步驟是DDS技術的應用。正弦計算器、高速相位累加器和頻率控制寄存器是DDS技術的主要3個部件，工作的主要過程：經過并行或者串行的方法，頻率控制寄存器將用戶輸入的頻率控制碼進行裝載和寄存，DDS頻率控制碼在高速相位累加器的作用下在一定時間段內相位累加，累加形成相位值經過正弦計算器的正弦波幅度的數字化計算，計算過程中通過查詢表可以找到芯片。應用低通濾波器以及高速D/A轉換器的作用之后的數字化正弦波，才能保證DDS芯片輸出的是可用的模擬頻率信號[2]。

可編程邏輯器件AD9850、小鍵盤、8279芯片、數碼管、單片機AT89C51、放大電路模塊和低通濾波器是基于DDS技術信號源的幾個重要的組成部件。作為信號源的核心成分，可編程邏輯器件AD9850以及單片機AT89C51的功能主要是將輸出波形的信號頻率顯示出來。信號源設計原理詳見圖1所示。

信號源在電子系統中發揮著很大的作用，信號源的種類非常多，并且具有多種特征和功能，用戶要根據相應的目的來選擇適當的信號源種類。DDS技術是信號源的設計和制作過程中最核心的內容，其中方波、鋸齒波、正弦波和FM調制信號輸出（頻偏范圍為0～100KHZ）是設計DDS信號源時的側重點，信號輸出過程中的阻抗是50～70Ω，TTL電平是經FM調制信號以及正弦波輸出的幅值，FM調制信號輸出的頻偏要保持在0～100KHZ的范圍內。

2.信號源硬件電路的設計與制作

鍵盤掃描及顯示電路和可編程邏輯器件AD9850波形產生電路是DDS信號源的主要硬件電路。在對信號源硬件電路的設計與制作的過程中要從鍵盤掃描及顯示電路和可編程邏輯器件AD9850波形產生電路兩個方面進行分析。

2.1 鍵盤掃描及顯示電路

利用單片機AT89C51的PO串口對4x4的小鍵盤（本論文主要的研究對象）進行掃描，為了方便可編程邏輯器件AD9850引入外部時鐘信號，在掃描過程中要將外接無源晶體振蕩器接入到單片機的XTAL1和XTAL2引腳之間，并通過74LS164對數碼管進行驅動，其中無源晶體振蕩器的頻率要達到12MHz[3]。最后用十進制的方式把掃描的結果顯示出來。此外，將兩個電容器以并聯的方式加入到無源晶體振蕩器的兩端能在長時間內有效的保持振蕩器頻率的穩定性。

2.2 可編程邏輯器件AD9850波形產生電路

在可編程邏輯器件AD9850的作用下DDS信號源自動產生的正弦信號的信號頻率跟控制信號相同，而且此可編程邏輯器件本身含有比較器，所以還能在輸出過程中把正弦信號轉變為相同頻率的方波信號。單片機AT89C51上的兩根口線控制的數字電位器能夠調節信號的幅值和波形。用戶可以通過單片機AT89C51的邏輯控制作用來按需求獲得不同的波形，并把形成的頻率字通訊連接到上位機。

在設計過程中還應注意以下事項：①在共用一組電池的情況下，各級放大的輸出信號在多級放大電路的過程中，因為內阻的作用會產生一定的公共輸出，各放大級間就會彼此影響，從而導致系統的穩定性被破壞，甚至出現自激的情況。面對以上情況，可以通過設計去耦電路的方法來去掉不需要頻率的交流信號，并在元器件附近設置去藕電容不僅能提高接地性還能提升去耦電路的使用功效，此外，在設計去耦電路的過程中還應注意要分離數字地和模擬地[4]。②因為只有高質量的適中信號才能被可編程邏輯器件AD9850所接受，所以要保證時鐘信號的上升沿和下降沿不存在明顯的凹凸邊緣，提高時鐘信號的質量，同時對時鐘信號用地線屏蔽，才能符合可編程邏輯器件AD9850對時鐘信號的需要。③可編程邏輯器件AD9850的時鐘信號的頻率只有在大于1MHz的情況下，系統才會正常工作，一旦信號頻率低于1MHz時，芯片就會處于休眠的狀態，不能正常運轉，而當時鐘信號的頻率大于1MHz時，系統會自動的從休眠狀態調整到工作狀態。

3.信號源軟件的設計與制作

在信號源軟件的設計與制作的過程中，首先要將在小鍵盤中得到的相位控制字的BCD編碼以及輸人頻率控制字進行二進制轉換，并參照相位公式及頻率算出相位跟頻率對應的控制字，然后在程序控制作用下注意掃描小鍵盤，通過按鍵的方式輸入數值，最后在數碼管上完成顯示的過程[5]。信息源程序流程詳見圖2所示。

參照可編程邏輯器件AD9850控制字的工作原理，在對DDS信號源的軟件進行編程的過程中將各種不同作用的控制字編寫到8279芯片中，通過編譯軟件的檢查程序功能來檢測程序中是否存在語法問題，之后利用編譯軟件單步試運行程序，可以通過各個窗口顯示觀察結果，程序調試中所有程序如果都呈現正常的工作狀態即完成調試，再在單片機AT89C51中用TOP51編程器記下調試好的程序，重新啟動系統并對程序參數進行改正，最終保證系統的正常運轉。

參考文獻

[1]李騰蛟.通用信號源的研究及數字化實現[J].重慶大學，2009，5.

[2]祁才君.數字信號處理技術的算法分析與應用[D].機械工業出版社，2010（8）.

[3]馬忠梅.單片機的C語言應用程序設計（第三版）[D].北京航空航天大學出版社，2011（4）.

[4]蔡方凱.基于DDS的寬帶信號源的設計與實現[J].成都電子機械高等專科學校學報，2010，4.

[5]王志強，張鐵君，孫瑩.適用于電子信息技術的通訊信號源的設計[J].網絡安全技術與應用，2010，4.