2.3 后级处理模块
采用二阶巴特沃兹低通滤波器。巴特沃兹低通滤波器的幅度函数是单调下降的,由于n阶低通巴特沃兹低通滤波器的前(2n-1)阶导数在ω=0处为零,所以巴特沃兹低通滤波器也称最大平坦幅度滤波器。由于该设计要求滤除的频率分量主要为由D/A转换器产生的高频分量,与系统所要求保留的频率相差很远,所以滤波器在通频带内的平坦程度比其衰减陡度更为重要,而且巴特沃兹低通滤波器所要的元件值合乎实际情况,不像其他滤波器要求元件值那么苛刻。
3 硬件电路系统设计
3.1 总体设计思路
整个系统以CPLD(EPM7128)、AT89S51、AT28C64(EEP-ROM)为核心。CPLD通过相位累加产生读取ROM的地址。以单片机为系统控制的核心,主要功能:给CPLD送频率控制字,即相位累加器的累加值,以此控制频率;给D/A转换器送幅度控制字D,控制波形幅度;处理红外遥控键盘;送数据给液晶LCD。EEPROM存储已固化好波形的数据。
3.2 CPLD模块
该模块通过一个4引脚的工业标准JTAG接口在系统编程(ISP),并且在编程过程中仅需5.0 V单电压供电。编程过程中,I/O引脚处于三态并被上拉,以消除板上冲突。上拉阻值为1 kΩ。因为该器件是在线编程的,为了便于调试,所以把下载口直接做在电路板上。考虑到电源为自制的稳压电源,CPLD受电源纹波干扰影响较大,所以在每个器件旁都加有去耦电容。
3.3 D/A转换及幅度控制
D/A转换采用TI公司的TLC7524,该器件转换速度可达10 M,幅度控制D/A转换采用MAX518,该器件是I2C总线的双D/A转换器,只需很少的端口线就可实现两路幅度的控制,大大节省单片机的端口。图3给出D/A转换电路。
3.4 后级处理模块
低通滤波器对阶梯正弦波进行傅里叶分析。其中若一周期采样点数为N,则其高次谐波能量主要集中在输出频率的(N±1)倍频上,其幅值为基频的 1/(N±1)。低通滤波可以平滑其台阶。另外还需滤除由DAC0832和TCL7524产生的1MHz和10 MHz的高频分量。因此根据设计的要求(输出最大频率为250 kHz,为了保证250 kHz频带内输出幅度平坦,又要尽可能抑制谐波和高频分量,综合考虑选用宽带运放LF351,用EWB仿真表明:截止频率为1 MHz~250 kHz以内幅度平坦。为了保证稳幅输出,选用AD817。该器件是一种低功耗、高速、宽带运算放大器,具有很强的大电流驱动能力。实际电路测量表明:当负载为100 Ω,输出峰-峰值为10 V时,其带宽大于500 kHz,幅度变化小于±1%。