基于MSP430的信号发生系统设计

证信号带宽。经过分析选择高速、宽带、高压摆率、宽电源轨运放。为避免由于信号先衰减后放大可能引入更多噪声，影响输出信噪比，选择去耦电路消除电源纹波噪声。合理选择放大电路的带宽和通频带，将需要频带以外的噪声信号滤除。最终选定THS4012作为后级运放，其带宽为290MHz，具有低失真、超高速、宽电源轨特性，输出电流典型值可达110mA，信号电压纹波7.5 nV√Hz，从各个方面都满足本设计需求。

结合AD9834特性，可产生两个频率相同但相位相差180°的三角波信号，一个上升的斜坡信号和一个下降的斜坡信号同时出现。通过由AD9833产生的方波电压信号控制AD9834的PSELECT，即相位选择输入端，可使其lout，即电流输出端输出锯齿波信号^[4]，系统原理框图如图4所示。

实际中通过AD9834输出三角波信号，并输入比较器中，设定比较器的触发门限为三角波峰值。每当三角波到达峰值时，比较器会产生一个从低电平到高电平的跳变，这可作为JK触发器的触发电平，同时将J输入口和K输入口都接高电平，使其成为一个T触发器。最后将JK触发器的输出当做相位控制信号，从而实现相位翻转产生锯齿波^[5]。

2.3 信号反馈模块

为保证信号输出幅度可靠性，除前期对信号的正确处理，还需要对系统输出信号进行峰值检测，并将测量结果反馈回MCU，构成一个系统的闭环反馈，从而增大系统的输出可靠性。

峰值检测电路(PKD，Peak Detector)的作用是对输入信号的峰值进行提取，产生输出Vo = Vpeak。为实现这样的目标，电路输出值会一直保持，直到一个新的更大的峰值出现或电路复位^[6]。该模块主要由一个信号预处理电路和峰值检测电路构成，信号预处理电路保证送至峰值检测的信号可以被正确地测量出来。峰值检测设计主要应考虑能否完全满足测试信号带宽，并尽可能扩大可测信号幅度。

实际中设计的前级调理电路将信号分为五档由MCU选择，还对信号换挡进行部分重叠，对信号的处理和使用范围分别为：1)放大40倍，用于测量5mV至50mV的信号;2)放大5倍，用于测量40mV至250mV的信号;3)不处理直接测量，用于测量200mV至2V的信号;4)衰减7倍，用于测量1.5V至14V的信号;5)衰减10倍，用于测量10V至20V的信号。信号衰减直接通过电阻网络完成，放大通过高速运放完成。

2.4 频率测量模块

本实验系统中还包含有频率计检测模块，其实验原理是通过比较器将输入波形信号整形为方波信号，此时得到的方波信号频率应和原信号频率相等，再利用MCU捕获方波信号的上升沿，实现频率测量。

设计中应该考虑到可测输入信号的频率范围，信号幅值及MCU接收电平和响应速度，同时还要考虑到频率计对输入信号噪声的容限值，所以设计一个迟滞比较器，滞环约为20mV，该模块的核心电路如图5所示^[7]。

实际电路中通过调整R3的电阻值可改变方波的上升速率，但会导致信号较大幅度的过充，将会影响MCU测量^[8]。同时，R3上拉电阻的电平值决定输出信号高电平幅值，设定为3.3V可以防止输出信号幅值过高损坏MCU。实际中发现频率计的带宽瓶颈并不在硬件本身，而取决于MCU的工作速率，当输入频率较高时，硬件电路仍然可以较好地转化波形，但MCU由于工作时钟的原因不能精确捕获，导致可测信号带宽大约为500KHz。

3 结语

本系统采用上位机的方案来实现信号发生系统，可以远程通过任意PC机控制。设备使用中，用户不需要触及任何开关及旋钮，且能自动实现输出信号换挡，保证其可靠准确，减少用户在使用过程中的操作步骤，使用本仪器时的学习成本几乎为零。系统可以产生一定频率的信号或检测某信号的频率功能，帮助完成一些简单电子线路实验，并且具有频率测量，正弦波、方波和三角波产生，及信号调制等功能，用户只需通过PC机上的界面，就能够实现多种功能且操作简单易行。

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本文来源于中国科技核心期刊《电子产品世界》2016年第11期第52页，欢迎您写论文时引用