大學(xué)生課外科技創(chuàng)新與實(shí)踐項(xiàng)目立項(xiàng)申報(bào)表.doc

項(xiàng)目編號(hào)浙江科技學(xué)院大學(xué)生課外科技創(chuàng)新與實(shí)踐項(xiàng)目立項(xiàng)申報(bào)表項(xiàng)目名稱： 專業(yè)實(shí)驗(yàn)室用信號(hào)發(fā)生器的設(shè)計(jì)與制作 負(fù) 責(zé) 人： 葉俊杰 1教師 1學(xué)生 職稱（學(xué)號(hào)）： 109022024 學(xué)院（專業(yè)、年級(jí)）： 通信工程091 聯(lián)系電話：電子信箱： 申請(qǐng)日期： 2011 年 11 月 12 日 項(xiàng)目簡(jiǎn)況項(xiàng)目名稱專業(yè)實(shí)驗(yàn)室用信號(hào)發(fā)生器的設(shè)計(jì)與制作學(xué)科領(lǐng)域BA.機(jī)械與控制；B信息技術(shù)；C數(shù)理；D生命科學(xué)；E能源化工F. 社會(huì)科學(xué)（包括哲學(xué)、經(jīng)濟(jì)、社會(huì)、法律、教育、管理等）起止時(shí)間2011年 11 月 2012 年 11 月預(yù)期成果31、自然科學(xué)學(xué)術(shù)論文2、社會(huì)科學(xué)類調(diào)查報(bào)告和學(xué)術(shù)論文3、科技發(fā)明制作申請(qǐng)經(jīng)費(fèi)總 額500 元其中撥款 500 元其他經(jīng)費(fèi)及其來(lái)源項(xiàng)目負(fù)責(zé)人姓 名葉俊杰性別男聯(lián)系方在院系電子與信息工程學(xué)院學(xué) 歷本科在讀專業(yè)年級(jí)通信工程091職 稱學(xué)生研究特長(zhǎng)C語(yǔ)言程序編程項(xiàng)目組成員姓名性別年齡職稱專 業(yè) 院、系承擔(dān)任務(wù)簽 名薛益定男21學(xué)生通信工程信息學(xué)院程序調(diào)試任仁澤男21學(xué)生通信工程信息學(xué)院電路設(shè)計(jì)邱旭朝男21學(xué)生通信工程信息學(xué)院資料收集指導(dǎo)教師（學(xué)生填）張錚男31講師通信工程信息學(xué)院指導(dǎo)老師接納學(xué)生要求（填寫人數(shù)、系別、年級(jí)、專業(yè)、及特殊要求）最多五人，通信電子系，擅長(zhǎng)電路板設(shè)計(jì)或者程序設(shè)計(jì)與調(diào)試。項(xiàng) 目簡(jiǎn) 介（描述項(xiàng)目意義、內(nèi)容、創(chuàng)新特色與前景 400字左右）信號(hào)發(fā)生器是一種常用的信號(hào)源，廣泛地應(yīng)用于電子電路、自動(dòng)控制系統(tǒng)和教學(xué)實(shí)驗(yàn)等領(lǐng)域。該項(xiàng)目目的為進(jìn)行設(shè)計(jì)制作可產(chǎn)生三角波、方波、正弦波等多種特殊波形，波形的頻率可用程序控制改變的多功能信號(hào)發(fā)生器。本項(xiàng)目的意義、創(chuàng)新點(diǎn)及國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀（附主要參考文獻(xiàn)）：正弦信號(hào)發(fā)生器作為電子技術(shù)領(lǐng)域中最基本的電子儀器，廣泛應(yīng)用于航空航天測(cè)控、通信系統(tǒng)、電子對(duì)抗、電子測(cè)量、科研等各個(gè)領(lǐng)域中。隨著電子信息技術(shù)的發(fā)展，對(duì)其性能的要求也越來(lái)越高，如要求頻率穩(wěn)定性高、轉(zhuǎn)換速度快，具有調(diào)幅、調(diào)頻、調(diào)相等功能，另外還經(jīng)常需要兩路正弦信號(hào)不僅具有相同的頻率，同時(shí)要有確定的相位差。信號(hào)發(fā)生器還廣泛應(yīng)用于通信，電信，軟件等專業(yè)實(shí)驗(yàn)室，為使用者提供穩(wěn)定可靠的信號(hào)源。但在建制實(shí)驗(yàn)室時(shí)，由于受資金所限，沒(méi)有實(shí)現(xiàn)對(duì)每臺(tái)套實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)配備一整套的測(cè)量、調(diào)試設(shè)備，特別是“信號(hào)發(fā)生器”的欠缺，使得許多實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目有很大一部分不能順利開展。因此，添置實(shí)驗(yàn)用信號(hào)發(fā)生器成為許多專業(yè)實(shí)驗(yàn)向?qū)挾群蜕疃劝l(fā)展的重要因素，而考慮到實(shí)驗(yàn)室建設(shè)經(jīng)費(fèi)有限，市售動(dòng)輒幾千的信號(hào)源高不可攀，而將思路轉(zhuǎn)為自制較合乎情理。二十一世紀(jì)，隨著集成電路技術(shù)的高速發(fā)展，出現(xiàn)了多種工作頻率可過(guò) GHz 的DDS 芯片，同時(shí)也推動(dòng)了函數(shù)波形發(fā)生器的發(fā)展，2003 年，Agilent的產(chǎn)品 33220A能夠產(chǎn)生 17 種波形，最高頻率可達(dá)到 20M，2005 年的產(chǎn)品N6030A 能夠產(chǎn)生高達(dá) 500MHz 的頻率，采樣的頻率可達(dá) 1.25GHz。由上面的產(chǎn)品可以看出，函數(shù)波形發(fā)生器發(fā)展很快?，F(xiàn)代，隨著集成電路技術(shù)的高速發(fā)展，出現(xiàn)了多種工作頻率可達(dá)GHz的DDS芯片，同時(shí)也推動(dòng)了信號(hào)發(fā)生器的發(fā)展。目前而言，國(guó)外研究和使用的信號(hào)發(fā)生器大多要求頻率在10HZ-50MHZ，產(chǎn)生正弦、三角、鋸齒、方波、直流等波形，而國(guó)內(nèi)則對(duì)頻率在5*10HZ-40MHZ，能產(chǎn)生正弦-三角等基本波形已經(jīng)調(diào)幅、調(diào)頻、TTL等的信號(hào)發(fā)生器需求大。該系統(tǒng)以低功耗為出發(fā)點(diǎn)，用低功耗單片機(jī)AT89C52作為主控芯片,選用低功耗芯片AD9833為信號(hào)產(chǎn)生芯片。且使用DDS器件，具有體積很小，電路簡(jiǎn)單的優(yōu)點(diǎn)，整個(gè)系統(tǒng)可以做得很小，甚至可以作為手持設(shè)備使用，這就正好滿足了當(dāng)前技術(shù)的需要。此也為這次設(shè)計(jì)的兩個(gè)創(chuàng)新點(diǎn)。本次項(xiàng)目是進(jìn)行設(shè)計(jì)制作可產(chǎn)生三角波、方波、正弦波等多種特殊波形，波形的頻率可用程序控制改變的多功能信號(hào)發(fā)生器。在單片機(jī)上加外圍器件矩陣式鍵盤，通過(guò)鍵盤控制波形頻率的增減以及波形的選擇，并用了LCD顯示頻率大小。本設(shè)計(jì)具有線路簡(jiǎn)單、結(jié)構(gòu)緊湊、價(jià)格低廉、性能優(yōu)越等優(yōu)點(diǎn)。 2主要研究?jī)?nèi)容、目標(biāo)、方案及擬解決的關(guān)鍵問(wèn)題：設(shè)計(jì)方案：現(xiàn)有三種較為成熟的設(shè)計(jì)方案，分別比較如下：一、基于XR-2206的模擬信號(hào)發(fā)生器設(shè)計(jì)XR-2206是由EXAR公司開發(fā)的一種單片集成函數(shù)發(fā)生器電路，能產(chǎn)生高穩(wěn)定度和高精度的正弦波、方波、三角波，該信號(hào)可受外部電壓控制，從而實(shí)現(xiàn)振幅調(diào)制和頻率調(diào)制，其工作頻率范圍是1Hz-100KHz。頻率調(diào)節(jié)可通過(guò)外圍電容容值的選取以及可變電阻的調(diào)整來(lái)實(shí)現(xiàn)。優(yōu)點(diǎn)：制作成本低廉，設(shè)計(jì)簡(jiǎn)易，調(diào)節(jié)便利。缺點(diǎn)：不具備可編程功能，無(wú)法采用數(shù)字方式完成調(diào)節(jié)和顯示功能，可擴(kuò)展性有限，不利于后續(xù)開發(fā)。二、采用MAX038和微控制器的信號(hào)源MAX038是美信公司生產(chǎn)的通用波形發(fā)生芯片，能產(chǎn)生頻率范圍從0.1Hz20MHz，峰峰值2V的方波、正弦波、三角波。較XR-2206最大的優(yōu)勢(shì)在于可以通過(guò)其A1、A0兩個(gè)引腳控制產(chǎn)生三種不同的波形，這為微控制器的引入帶來(lái)了極大的便利，而微控制器的引入，除了能夠完成信號(hào)選取的功能之外，信號(hào)性質(zhì)、調(diào)節(jié)過(guò)程均可由微控制器控制下的LCD完成顯示，只需另行搭配峰值檢測(cè)、波形成形模塊即可完成一個(gè)非常完善的信號(hào)源，所有功能均可通過(guò)控制面板調(diào)節(jié)和顯示，方便用戶使用。也便于進(jìn)行后續(xù)開發(fā)。優(yōu)點(diǎn)：實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)功能完整，便于二次開發(fā)，有利于畢業(yè)設(shè)計(jì)和競(jìng)賽使用。缺點(diǎn)：隨著MAX038的停產(chǎn)，其價(jià)格居高不下，成本過(guò)于昂貴，較難體現(xiàn)自制儀器的優(yōu)越性。三、采用AD98xx基于DDS的信號(hào)源DDS（直接數(shù)字頻率合成）自1971年提出以來(lái)，隨著高速超大規(guī)模集成電路的出現(xiàn)，其應(yīng)用越來(lái)越廣泛，并且其合成信號(hào)具有輸出頻率相對(duì)帶寬較寬、頻率轉(zhuǎn)換時(shí)間短、頻率分辨率極高相位變化連續(xù)以及輸出波形靈活等優(yōu)點(diǎn)。其中AD公司生產(chǎn)的AD98xx系列DDS芯片售價(jià)不高、控制簡(jiǎn)單、信號(hào)性能較好，因此使用的非常廣泛。如AD9833是一款低功耗、可編程波形發(fā)生器，能產(chǎn)生正弦波、三角波和方波輸出。各種類型的傳感、激勵(lì)和時(shí)域反射儀應(yīng)用都需要產(chǎn)生波形。輸出頻率和相位可通過(guò)軟件進(jìn)行編程，以便于調(diào)諧。無(wú)需外部元件。頻率寄存器為28位；當(dāng)時(shí)鐘速率為25 MHz時(shí)，可以實(shí)現(xiàn)0.1 Hz的分辨率。同樣，當(dāng)時(shí)鐘速率為1 MHz時(shí)，可以實(shí)現(xiàn)0.004 Hz的調(diào)諧分辨率。優(yōu)點(diǎn)：成本低，主要工作為軟件設(shè)計(jì)，可靠性最好。缺點(diǎn)：在設(shè)計(jì)難度上對(duì)設(shè)計(jì)者的要求更高。綜上所述，將會(huì)采用第三種方案完成信號(hào)源的設(shè)計(jì)制作。使用型號(hào)為AT89C52的單片機(jī)作為主控芯片，采用12MHz的晶振器為89C52提供時(shí)鐘信號(hào)，使用AD9833來(lái)實(shí)現(xiàn)波形輸出，通過(guò)液晶LM6021顯示輸出的波形、頻率，通過(guò)鍵盤按鈕調(diào)整，切換波形和頻率。所需達(dá)到的技術(shù)指標(biāo)：(1) 能產(chǎn)生正弦波、三角波和方波信號(hào)，并通過(guò)按鍵切換信號(hào)類型；(2) 通過(guò)按鍵可以以一定的步進(jìn)改變頻率；通過(guò)按鍵切換不同的波形； (3)輸出波形振幅是500mV3V，步進(jìn)500mV。誤差為10% ；(4)輸出波形頻率是500Hz3000Hz，步進(jìn)100Hz，誤差為5% ；(5)方波占空比可調(diào)。需要解決的主要問(wèn)題：（1）DDS采用數(shù)字技術(shù)，先構(gòu)成離散信號(hào)再換成模擬信號(hào)輸出，尤其是要長(zhǎng)生相位截?cái)嗾`差。因而噪聲和雜散是不可避免的。在作品研制過(guò)程中，必須盡量減少這方面的干擾。（2）雖然AT89C52單片機(jī)具有硬件SPI總線功能，但是一次只能傳輸8位數(shù) 據(jù)位，而AD9833在接收數(shù)據(jù)時(shí)是16位數(shù)據(jù)位，因此，需要用軟件模擬 SPI總線，如同軟件模擬I2C總線；(3)AD9833在接收16位數(shù)據(jù)時(shí)是高位在前，低位在后；(4)先發(fā)送控制寄存器字然后發(fā)送想要的頻率字；(5)發(fā)送數(shù)據(jù)前必須把FSYNC置成低電平，發(fā)送完以后把FSYNC置成高電平；(6)當(dāng)對(duì)AD9833初始化時(shí)，為了避免DAC產(chǎn)生虛假輸出，RESET必須置為1，直到配置完畢，需要輸出時(shí)才將RESET置為0。RESET為0后的8到9個(gè)MCLK時(shí)鐘周期就可在DAC的輸出端觀察到波形。該項(xiàng)目的預(yù)期目標(biāo)為用AT89C52單片機(jī)構(gòu)成的發(fā)生器，可產(chǎn)生三角波、方波、正弦波等多種特殊波形，波形的頻率可用程序控制改變。帶有信號(hào)類型、頻率、幅度LCD顯示，通過(guò)按鍵完成信號(hào)的選擇與調(diào)整。在經(jīng)費(fèi)充裕的情況下，開模，組裝功能完善的信號(hào)源成品。從而可向各專業(yè)實(shí)驗(yàn)室進(jìn)行推廣。參考文獻(xiàn)：1 許慧波，張厥勝.DDS直接數(shù)字式頻率合成綜述M.西安.西安電子科技大學(xué)出版社，19892 崔建鵬，趙敏，江帆.采用DDS技術(shù)實(shí)現(xiàn)的虛擬任意波形發(fā)生器J.計(jì)算機(jī)測(cè)量與控制，2003,11（7）：5535553 李廣弟.單片機(jī)基礎(chǔ)M.北京.北京航空航天大學(xué)出版社,1994:6-284 基于DDS實(shí)現(xiàn)信號(hào)發(fā)生器 微計(jì)算機(jī)信息2007年第23卷第7-1期5 全國(guó)大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽組委會(huì)編.第五屆全國(guó)大學(xué)生電子設(shè)計(jì)競(jìng)賽獲獎(jiǎng)作品選編(2001).北京:北京理工大學(xué)出版社,20036 胡漢才.單片機(jī)原理及其接口技術(shù).北京:清華大學(xué)出版社,20037 基于DDS技術(shù)的任意波形發(fā)生器研究 浙江大學(xué)王文華碩士學(xué)位論文8 基于DDS/SOPC的多路可調(diào)諧波信號(hào)發(fā)生器 電力自動(dòng)化設(shè)備第28卷第11期9 姜萍,王建新,吉訓(xùn)生.FPGA實(shí)現(xiàn)的直接數(shù)字頻率合成器.電子工程師.200210 AD公司A Technical Tutorial On Digital Signal Synthesis,199911 /p-95243426.html AD9833中文資料12 函數(shù)信號(hào)發(fā)生制作的方法比較 青島遠(yuǎn)洋船員學(xué)院學(xué)報(bào)2007年第2期3、計(jì)劃進(jìn)度安排：（按文獻(xiàn)查閱、調(diào)研、方案設(shè)計(jì)、實(shí)驗(yàn)研究、數(shù)據(jù)處理、研制開發(fā)、撰寫論文或報(bào)告、結(jié)題和答辯、論文發(fā)表等環(huán)節(jié)安排時(shí)間進(jìn)度）2011年11月1日-11月20日 完成文獻(xiàn)查閱與方案設(shè)計(jì)，并于20號(hào)上交立項(xiàng)申請(qǐng)表格。2011年11月20日-2012年1月 進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究與相關(guān)知識(shí)的積累與強(qiáng)化。2011下半學(xué)年到學(xué)院要求的結(jié)題日期，完成研制開發(fā)，作品成型，并撰寫報(bào)告。其中2011下半學(xué)年主要進(jìn)行作品的研發(fā)制作。結(jié)題后根據(jù)學(xué)院的安排進(jìn)行答辯與論文發(fā)表。4與本項(xiàng)目有關(guān)的工作條件（包括已有工作基礎(chǔ)、實(shí)驗(yàn)條件等）： 51單片機(jī)學(xué)習(xí)板模塊； AD9833芯片； 示波器； 電烙鐵，焊槍，夾線鉗等電路制作焊接的工具；LM6021液晶顯示器； 導(dǎo)線等 5預(yù)期成果形式和效益：（成果類別：自然科學(xué)學(xué)術(shù)論文、社會(huì)科學(xué)類調(diào)查報(bào)告和學(xué)術(shù)論文、科技發(fā)明制作等3類，成果形式：論文、軟件開發(fā)、專利、研究或調(diào)研報(bào)告、課件等）成果類別: 科技發(fā)明制作 成果形式：設(shè)計(jì)、產(chǎn)品研制 完成的作品能夠用到實(shí)驗(yàn)室，為教學(xué)、科研服務(wù)。6經(jīng)費(fèi)預(yù)算（單位：元）： 合 計(jì)研究和開發(fā)