便攜式信號發生與檢測裝置的設計

摘要：在室外的儀器使用中，經常會遇到機器需要檢修的問題，但是實驗室常用的示波器和信號發生器由于電源、體積等問題不便攜帶，這時就需要采用簡易、便于攜帶的測試儀器。設計了一套基于嵌入式核心的由便攜式信號發生裝置和便攜式信號檢測裝置組成的系統。信號發生裝置采用DDS技術以51單片機控制其產生信號，信號檢測裝置以基于Cortex-M3核心的STM32處理器為基礎，配以必要的輔助電路從而實現對實時輸入信號的檢測。信號發生與信號檢測裝置既可以組合使用也可以單獨使用。為室外儀器的檢修提供了一套便攜式的系統。
關鍵詞：嵌入式；DDS技術；51單片機；便攜式

0 引言
目前在很多領域內需要電子儀器長期在室外甚至許多惡劣的環境中進行工作，雖然在儀器設計之初針對其所適用的不同環境，在硬件方面有很多針對性的設計，盡管如此在室外環境中因自然或人為因素造成的儀器損壞的事件也會時有發生，由于缺少示波器、信號發生器等常用的電子儀器檢測設備因而不便于對其進行實時的檢測，只能停止工作將其帶回有條件的實驗室進行檢測。如果有一套便攜式的信號發生與檢測裝置，那么就可以在事故現場對儀器進行第一時間的檢測，根據檢測結果判斷其損壞情況以決定是否對其現場修理還是將儀器帶回進行進一步的檢測。
針對上述需求本文設計了一種采用廣泛應用的嵌入式技術的便攜式信號發生與測量裝置，考慮到二者使用的不同情況，對信號發生和信號測量裝置采用了獨立的設計，在使用時既可以單獨使用也可以組合使用，信號發生裝置以AT89S51為核心通過DDS芯片AD9851產生任意可調的函數信號，信號測量裝置則以時下流行的STM32F106ZE核心控制，配以必要的模擬信號調制、整形電路、數模電路及顯示電路實現對模擬信號參數包峰峰值、有效值、頻率等的檢測。

1 便攜式信號發生裝置
在本次設計的信號發生裝置中，使用了先進的直接數字頻率合成技術(Direct Digital Synthesis，DDS)作為信號發生器的核心產生任意的波形信號。信號發生裝置系統框圖如圖1所示，整個系統的工作流程如下：由鍵盤控制單片機產生相應波形、頻率、相位、幅度等的控制信號，其中波形、頻率和相位控制字進入AD9851模塊中，AD9851根據相對的控制信號在其波形庫中選擇相應的波形和相位以及頻率。而幅度控制字則進入程控放大電路，單片機依據峰峰檢測與A／D轉換的輸出電壓幅度，調整控制程控放大器的放大倍數。最后經功率放大電路對信號進行放大功率放大得到最終的信號輸出。
在整個信號發生裝置中，其核心的模塊是由AD9851芯片組成的DDS模塊，其于單片機AT89S51組成的信號發生裝置相對于傳統的鎖相式頻率合成器、純模擬電路搭建的信號發生器以及由單片機與模數轉換模塊組成的信號發生器相比，其優點在于可產生任意的波形、軟硬件設計簡單、功耗低、方便調試且輸出頻率穩定。