1.前语
信号发生器既能够构成独立的信号源，也可所以高功用网络剖析仪、频谱仪及其它主动测验设备的组成部分。信号发生器的关键技能是多种高功用仪器的支撑技能，由于它能够供给高质量的精细信号源及扫频源，可使相应体系的检测进程大大简化，下降检测费用并极大地进步检测精度。可是现在的产品体积大，精度低，无法满意用户对精度和便携性要求高的波形发生器的需求。
AD760是AD公司开发的一种具有自校对功用的16/18位DAC器材，片内带有电压基准，双缓冲寄存器和输出放大器。特别是在选用AD760的18位数据输入时能够取得很高的精度。本文针对高精度波形发生器的开发，进行了以AD760为中心的波形发生器的软硬件体系规划。
2.体系结构及功用
2.1整体结构
高精度波形发生器分为上层应用软件和基层软硬件两大部分。其间上层软件供给人机交互界面即操作员操控台，用于挑选波形，生成波形数据，以及串口通讯操控和人机通讯；基层硬件为I/O操控器，由CPU，DAC，计数器，定时器等模块组成（能够考虑模块的扩展），主要是用于对上层波形数据的接纳，存储，一起能够独自运用，经过CPU向DAC发送所需波形数据。如下图所示：
3.单片机规划部分
3.1 硬件规划
波形发生器由以下部分组成：
1. 波形存储器：存储各种波形数据。
2. 波形发生器：将波形存储器中的波形数据转化成模仿信号输出，D/A转化器和放大器组成。
3. 操控器：接纳输入波形的数据，并将波形数据写入波形存储器;及操控其他部分作业。
硬件规划如下图所示，设计时考虑尽量选用最少硬件来完结，缩小仪器的体积，使其到达便携的要求。为使仪器的精度也到达要求，在规划时侧重留意了以下几个方面：
硬件规划流程图
DAC温度飘：影响信号精度的重要原因来自DAC器材的温度漂移，其间内部基准10V±0.01V，DAC的增益漂移为25PPM/℃，用AD587L外部基准电压替换内部基准，可使PPM=5/℃，DAC增益漂移=10 PPM/℃。操控环境的温度改变假如小于1℃，可将由于温度漂移而受影响的精度操控在0.001%以内。所以在运用时应使信号发生器体系尽量处于一个相对稳定温度环境中。
电源噪声：要确保精度到达10V±0.003%的要求，即最低精度要达30uV，因此对电源噪声要求极高，要求电源噪声越小越好，因此模仿电源选用直流电池组，数字电源与模仿电源选用光偶阻隔。
PCB布线：数字、模仿别离、大面积的模仿零电位铺地，模仿信号线尽量选用粗线。在印制板的各个关键部位装备恰当退耦电容。
硬件体系主要由单片机，D/A转化器材AD760，存储器，和通讯接口芯片SP3223E。单片机选用的是美国CYGNAL公司的C8051F310，该芯片有16Kflash存储器，选用高速、流水线结构的8051兼容的CIP-51内核，与规范的8051结构比较指令履行速度有很大的进步［2］。在一个规范的8051中，除MUL和DIV以外一切指令都需求12或24个体系指令周期，最大体系时钟频率为12-24MHz。而关于CIP-51内核，70%的指令的履行时刻为1或2个体系时钟周期，只需4条指令的履行时刻大于体系时钟周期。C8051F310的作业电压是3V，自身带有串行通讯口，可是其电平为TTL电平，需求转化为RS232规范电平后才干和PC机通讯，所以串口通讯接口选用SP3223芯片。
A/D转化器选用18位AD公司的AD760AQ，该芯片具有自校准功用，自校准后，功用到达了以下目标：
1. 内部基准电压：10V±0.01V 25PPM/℃
2. 单极性电压输出（内含运放）：0～10V
3. 输出电流：0～5mA
4. 输出树立典型时刻：10us
AD760内部功用及管脚散布如下图所示。其间的7~14脚具有两层功用：当选用字节加载形式，AD760的7~14脚分别是D15~D8，D7~D0的输入脚；当选用串行输入加载形式时，它的12脚为18/16位挑选，13脚为MSB/LSB挑选（即决定是MSB（高位）在前仍是LSB（低为）在前），14脚为SIN，串行数据输入脚。本论文选用的18位的串行输入形式。
AD760内部功用及管脚散布如下图
AD760选用的是18位串行形式，与单片机接口只需3根线，其间的SIN为D/A转化数据串行输入，CS为时钟信号，LDAC为操控信号，详细的作业时序如下：
AD760串行传输办法时序图
4. PC机软件规划方案
上层软件是根据Windosw2000渠道用VC编写可视化人机交互界面的软件，完结的功用包含答应用户修改、制作所需波形、设置输出信号的起伏、频率，经过RS232 口将数据送给单片机，也可对波形进行显现，存储。如下图所示：
程序流程图
用户在计算机上输入数据点或描绘波形的表达式，由软件完结对输入波形的量化处理，得到波形数据，经计算机转化成恣意波形发生器硬件所要求的格局，存入波形数据存储器中。在操控电路的操控下，地址发生器以必定的速率、办法把波形数据存储区中的波形数据送给DA芯片，经转化发生量化的数字电压波形，再经过滤波等信号处理，由功放送出用户所需求幅值和频率的模仿信号。
作业时，经过人机对话挑选波形，挑选恰当的作业参数，由单片机挑选存在存储区中的相应波形文件，经AD760输出相应的波形。波形的修改与修改由计算机完结，然后经过接口传输给便携仪器。初始设定一系列波形后，波形发生器部分可作为便携仪器独立运用。尔后还可经过计算机修改，增删波形，再由串口写入波形发生器的存储单元。
5. 功用目标测验
用FLUKE 8842A台式数字多用表对体系的精度目标进行测验，详细如下： 模仿电源是用了两个12v的直流电池串联经过DC-CD转化后输出的15v电源，数字电源是5v直流。相同为了让AD760的温度趋于稳定，在10分中后丈量。测验数据为：输出波形的波峰值为9.9981v；波谷值为0.18mv；波形的频率为800Hz。第2次测验，得到的数据和第一次的有稍微的差异，剖析或许的原因是和电池的电量削减有联系。噪声的测定值：其间给出的值已经是减去了调零时的初值。电源的负极0：0.21-0.22mv。电源的＋～0：0.24mv。AD760的25脚（参阅电压输入）为：0.21mv－0.22mv。此刻ad760的23脚（信号输出）为0.25mv。试验数据标明，精度大于0.0025％。各项目标到达了原始的规划要求。
结束语
本文所规划的高精度波形发生器，经过软硬件结合的办法，简化了硬件设备，完结了波形参数的独立改变，经过VC编写的软件人机交互性强，操作便利。波形参数（起伏、频率，周期）能够在必定的范围内可操控改变，通用性好，具有较强的移植性和很高的性价比。关于不同的需求，能够运用具有支撑热插拔的1394和USB接口来替代RS232接口。
责任修改：gt
