0 弁言
随着科学技能的不断发展，20世纪40年代涌现了紧张用于测试各种吸收机的标准旗子暗记发生器。早期的旗子暗记发生器机器构造比较繁芜，功率比较大，电路比较大略，因此发展速率比较慢。60年代涌现的旗子暗记发生器多采取仿照电子技能，由分立电子元件或仿照集成电路构成，其电路构造繁芜，输出波形的幅度稳定性较差，而且仿照器件构成的电路存在着尺寸大、价格贵和功耗大等缺陷[1]。70年代涌现的函数发生器多以软件掌握为主，其本色是采取微处理器对DAC进行掌握从而得到一些大略的波形。软件掌握波形的一个最大缺陷便是输出旗子暗记的频率低，这紧张受限于CPU的事情频率[2]。80年代往后，数字电子技能逐渐成熟，仿照旗子暗记处理逐渐被数字旗子暗记处理所代替，从而扩充了函数发生器的旗子暗记处理能力，提高了旗子暗记丈量的准确度和变换速率[3]。90年代涌现了几种真正高性能的函数旗子暗记发生器，比如惠普公司推出了型号为HP770S的旗子暗记发生器，虽然其性能精良，但是其价格昂贵，因此遍及率不高。针对此情形，设计了一款性价比比较高的大略单纯数字掌握双相信号发生器，可以广泛运用于高校电子实验室。
1 系统实现及构造框图
本系统紧张包括主掌握模块、键盘输入模块、TFT显示模块、低通滤波模块以及程控放大模块，如图1所示。用户通过键盘设定参数后，主掌握器产生两路PWM波，然后通过掌握仿照多路复用器来选择是否让PWM波通过低通滤波器，从而达到了选择波形的目的，而后调度数字电位器以掌握程控放大器的比较电压，从而实现了对波形幅度的掌握。掌握核心采取基于ARM Cortex-M3内核的STM32单片机为掌握核心。波形产生方案利用STM32定时器的输出比较功能，能够天生频率准确并且频率范围很大的矩形波，同时占空比可调，再将其经由低通滤波器可以得到相应的正弦波。这种方案可以充分发挥STM32的强大定时器资源，可以轻松产生两路旗子暗记，并且只要软件配置好后，波形的产生由掌握器硬件自行完成，可以减少软件对全体过程的干预，提高精确度以及CPU的事情效率[4]。
2 系统软硬件设计
2.1 低通滤波器硬件电路设计
将对称方波通过傅里叶级数展开得到：
由式（1）可知，对称方波的频谱只包含基波和奇次谐波的余弦分量[5]，因此，只要将方波通过一个低通滤波器，将基波外的其他谐波滤除，只保留基波分量，就可以得到相应频率的正弦旗子暗记。MAX295为8阶椭圆低通滤波器，其最高截止频率为50 kHz，截止频率即是输入时钟的1/50，在其带宽范围内，旗子暗记幅度平稳，基本没有相移，可以达到很好的滤波效果。根据预期目标，输出旗子暗记的频率为1 kHz~40 kHz，对应的MAX295的输入时钟频率范围为50 kHz~2 MHz，只要将截止频率设为正弦波的频率，就可以使MAX295达到一个很好的滤波效果。全体低通滤波器的设计电路如图2所示。
2.2 CDCE925时钟模块设计
CDCE925是可编程时钟产生芯片，其内部具有两路独立的PLL电路，可产生5路时钟输出，最高输出频率可达230 MHz。在本系统中，要为MAX295供应2.5 MHz时钟，正是通过独立的CDCE925模块来产生的，CDCE925模块的电路如图3所示。
2.3 放大器电路设计
为了实现旗子暗记幅度的可调，必须通过程控放大的手段掌握旗子暗记的幅度。在将旗子暗记送入程控放大器之前，先使其经由一级射极跟随电路。射极跟随器的输入电阻Rt=rbe+(1+
)R很大，而输出电阻Ro=（Rs+rbc）/
很小，作为主放大器的旗子暗记源内阻，对主放大器影响很小，常作为阻抗变换器或缓冲器[6]。射极跟随器的搭建采取NE5532，射极跟随器的设计电路如图4所示。
程控放大电路由VCA810和PGA205组成，实现两级程控放大。VCA810是高增益可调放大器，其增益范围为-40 dB~40 dB，可通过输入电压来调控，本系统中是由数字电位器来调节VCA810的输入电压。PGA205是可编程增益放大器，其放大倍数可设为1、2、4和8。两级程控放大电路设计图如图5所示，图5中由R4、R5、R6、R8和C13组成调零电路，调节滑动变阻器R4和R8可以减小输出幅度偏差[7]。
末级放大由高压摆率、高输出电流放大器THS4051组成，同样为射极跟随接法，隔离开了负载与主放大器之间的联系，输出电阻很小，带负载能力强，输入电阻很大，对主放大器的影响甚小，末级放大电路如图6所示。
2.4 系统掌握算法软件实现
在程序设计中，掌握器STM32的一大主要浸染便是天生两路PWM波。结合STM32的特点，决定采取STM32定时器的输出比较功能来天生这两路PWM波。STM32共包含8个定时器，个中包括基本定时器TIM6和TIM7，通用定时器TIM2~TIM5，高等定时器TIM1和TIM8。在这8个定时器中，除了基本定时器，其他定时器都带有PWM输出功能，个中每个高等定时器更是可以同时输出7路PWM输出，而每个通用定时器也能同时产生4路PWM输出，这样STM32的定时器统共可以产生30路PWM输出。当然，在本系统中只须要两路PWM输出，考虑到须要设置两路PWM波的相位差，因此不能用同一个定时器来产生两路PWM输出，而须要用到两个不同的定时器，这里选用TIM2和TIM3作为两路PWM的发生器。产生PWM旗子暗记的软件流程如图7所示[8]。
3 实验结果及剖析
本系统采取分模块单独测试和整体测试方法，对波形的幅度、频率、占空比以及相位差等项目进行逐一丈量。表1～表3分别为其正弦波测试结果、矩形波测试结果以及相位差测试结果。从表1～表3的测试结果可以看出本系统基本实现了预期的功能，对偏差的掌握也非常到位，基本上所有的偏差都掌握在1%以内，完备知足高校实验室一样平常的实验哀求。
4 结论
本文设计了一种大略单纯的数字掌握双相信号发生器，它具有构造大略以及性比价高档优点。实际上系统还有很大的提升空间，由于STM32能产生的PWM旗子暗记的频率远远大于40 kHz，系统最大频率的限定来自MAX295，由于MAX295的最高截止频率只有50 kHz，如果选用更高性能的低通滤波芯片，那么系统能达到的指标还可以很大程度地提高。同时，系统只实现了矩形波和正弦波的输出，而MAX309仿照通道有多路，完备可以在不改变原有系统设计的情形下增加其他整形电路，使其产生三角波等波形，因此它具备很好的扩展性。
参考文献
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[2] 吴征，苏淑靖.基于FPGA+PWM的多路旗子暗记发生器设计[J].电子技能运用，2014，40（3）：38-40，44.
[3] 董亚男，马俊，周泉，等.基于单片机的智能旗子暗记发生器设计与仿真[J].电子丈量技能，2014，37（1）：62-65，75.
[4] 意法半导体（中国）投资有限公司.STM32F10xxx参考手册[Z].2010：268-269.
[5] 朱小斌．电子丈量仪器[M].北京：电子工业出版社，1996.
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[7] 赛尔吉欧·佛朗哥.基于运算放大器和仿照集成电路的电路设计[M].刘树棠，朱茂林，荣玫，译.西安：西安交通大学出版社，2009.
[8] 王建校.51系列单片机及C51程序设计[M].北京：科学出版社，2002.
