基于DDS的多波形程控信号发生器

基于DDS的多波形程控信号发生器

**一.**基本要求如下：
一．任务
设计制作一个程控信号发生器，能产生幅度和频率可变的正弦波、方波、三角波和自定义波形。示意图如下：
图一：整体框图

二．基本要求
（1）具有产生正弦波、方波、三角波信号的功能；
（2）可通过键盘操作输出频率范围为20Hz～100KHz的波形；分三波段调节，分别为：20Hz～1KHz步进间隔10Hz，1KHz～10KHz步进间隔50Hz，10KHz～100KHz步进间隔100Hz；
（3）输出波形幅度为4V；
（4）能显示信号的周期、P-P值等信息；
（5）波形无明显失真；
三．发挥部分
（1）输出波形的频率范围为20Hz～1MHz；
（2）输出波形的P-P值为0—4V可调，步进0.1V，可以通过键盘直接输入频率值；
（3）具有掉电存储功能，可以储存用户设置；
（4）可以用键盘或扩展PC接口实现用户自定义波形输出；
二，
第一部分确定方案：1，采用使用stm32单片机内置串行DAC实现1M的输出，发现stm32的频率很难上去，三角波和方波以及锯齿波频率到400kHz使严重失真，所以我们换方案。----扎心了！！！
2.采用DDS方法实现，使用FPGA作为信号发生部分，stm32作为控制和测量部分，采用并行的DAC实现，并行DAC900产生的波形可以轻松松上1M理论来说可以上到15MHz关键是要有一个好的滤波器。
三，
我们分模块实现其功能：

2019年1月23日

首先我们现在FPGA 上对软件进行调试，基本没什么问题，实现了波形的切换和频率的步进功能

2019年1月24日

第一块DAC900板子新鲜出炉，刚开始遇到一个小问题，就是出来的波很难看即使是频率很低的时候，后来发现是DAC数字电源端用FPHGA供电时，文波很大，后来用基准源供电，纹波明显减小，波形变得好看。波形到4MHz时三角波和方波以及锯齿波失真，我们使用的时DAC900内置的1.24v基准源，对波形的幅值不好改变，所以我们决定再外接一个DACTLV5636,通过stm32实现对TLV5636的控制实现可控输出。
不过我们遇到了玄学问题（哭笑.jpg)不多说，上图：
图二：DAC原理图
问题是，当我一上电TLV5636的输出脚和地就短路，相当于TLV5636没有输出电压
刚开始我以为是TLV5636芯片烧坏了，于是将TLV5636单独拿出来测试发现没有坏，
然后我将TLV5636从板子上卸下来，发现两条路没有短，但是芯片一上电就短路，
于是我们又怀疑是DAC900坏了，我们DAC900INT/EXT引脚拉低，使用其内部基准源发现其输出电压正常，
又怀疑是其内部电压拉高较慢导致导致其输出电压始终处于低电压，我们先将INT/EXT单独拉高，再接给DAC商店上电，发现问题依旧存在
然后我们怀疑是电流倒灌导致电压减小，于是我们在输出路上串联一个1M欧的电阻，发现电阻之后的电路没有短路，而之前的短路，相当于电阻将电路分为两个部分，一部分短路，另一部分没有短路，真的玄学！但是我相信我们一定能找到问题所在！

2019年1月25日

实在没辙，于是我决定将DAC900换一个但是由于手头只剩下一块DAC904，所以我将DAC904焊上去
图三：板子图
换了DAC9004后可以实现幅值可控输出，同时要注意DAC9004使用外部基准源的时候一定要先将INT/EXT拉高，再给外部基准源上电，不然DAC9004内部阻态无法准确判断当前状态！
但是我们又遇到了新的问题，就是输出的波形，上图:

图四：波形图
刚开始以为是输出电压过大摆幅不够导致的，后来发现是因为数据线插错了
目前为止，波形发生部分基本实现，有几个发现：
1.DAC900INT/EXT引脚3.3v足够使能
2.串联电阻不能防止电流倒灌，反而会因为分压倒是过电阻后电压减小

2019年1月26日

刚开始做了一个 巴特沃茨滤波器发现效果不太理想，因为阻抗匹配什么的都没有调，后来用filter_solutions设计了一个七阶的椭圆滤波器（注意电感和电容值将精度调到百分之20），后来发现信号经过滤波器效果不是很好，但是经过运放后波形很好看。图五：滤波器原理图
设计滤波器时要注意阻抗匹配，输出端是看出去50欧姆，信号传输是看进去50欧姆。画pcb时注意接口距离问题，后端的运放阻抗匹配依旧要考虑，相当于输出端。
如上图，先让R1和R3并为50欧姆，再让R7并R5+R6等于50欧姆，先确定R1,然后是R3再根据放大倍数调R2，R6和R5的值可以确定，最后确定R7（模电知识，不展开解释）。
但是问题又来了：就是频率和TLV5636输出电压一大，TLV5636电压就往下掉。
猜想：DAC904内部运放增益带宽积不够导致的。
我们增大了外部的Ref果然问题得到了解决 通过后级放大增大放大倍数。
最后我们在输出端用电阻分压将信号给STM32ADC测量，并做了一个电源板给整个系统供电，使系统得到完善！