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基于STM32的高频可调信号源设计

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简介:基于STM32的可调射频信号源设计. 1.实现正弦信号的控频、控幅、控相功能. 2.实现任意波形的输出、频率、幅度可控. 3.实现波形扫频功能. 4.实现任意波形输出可定制.
星火计划2023
开源协议:GPL 3.0
创建时间:2023-07-08 21:03:25更新时间:2023-12-06 16:10:47

描述

项目说明:

本项目意在设计一款高性能,多功能的DDS-函数波形信号发生器

 

实现项目基本功能的同时,模块可拓展性强。

 

本设计的基本功能是:实现正弦、三角、方波、任意波输出,其中波形幅度、频率可调。采用OLED显示波形参数和输出状态和波形选择。具体功能细节参考演示视频。

 

其中:

 

系统波形生成的核心由AD9910构成,主要用于产生三角波、方波及其他任意波形。除滤波电路外无需其他外围电路结构,系统控制核心为STM32F407ZG,显示屏为2.8寸OLED触摸屏,通过三个EC11卧式编码器,对波形参数进行调节。

 

此外高频电路,一般都采用:沉金工艺、金属包边、多层板设计,本设计中均采用,在实际开发中,未降低成本,多采用双层板设计,因此实际项目需求,需要根据成本情况而定。

需要注意的是:DDS芯片一般都很贵,如AD9910和AD9959都在200左右,有个节省成本的方法就是使用拆机芯片,几十块,能大大减少成本!!!!

 

 

项目相关功能:

 

以AD9959、AD9910模块为核心实现以下基本功能:

 

1.10Hz~4200MHz信号控频、控幅、控相功能。

 

2.三角波输出。

 

3.方波输出。

 

4.任意波输出。

 

5.波形输出频率、幅度可调。

 

注:具体功能细节请参考演示视频。

 

 

项目属性

本项目为首次公开,为本人原创项目。项目未曾在别的比赛中获奖。

 

项目进度

时间:2023.10.1----当前进度:已完成AD9959模块设计,已进行该模块相关波形输出调试且波形功能输出符合预期。

 

时间:2023.10.19----当前进度:已完成AD9910模块设计,等待板子送达进行测试。

 

时间:2023.10.25----当前进度:测试AD9910性能

 

 

时间:2023.11.19----当前进度:结束测试.

 

 

功能演示截图展示:

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

设计原理

一、AD9959原理图设计说明

  AD9959的数据手册是英文的,我没有仔细阅读细节,高频电路对电源滤波隔离的要求跟高,这个是很重要的,电路参考了一些典型的设计原理图进行设计,从4路输出拓展为8路输出,因为AD9959每一路都拓展了一路反向波形用于校验。在AD9959中滤波电路主要是通过磁珠进行的,电路结构如图所示。

 

zwC5cxgIpDEPdBKc85lhzfF6hto9k03KfiW4iZmu.png

 

淘宝采用的电源电路一般都是AMS1117系列的LDO芯片,此类LDO在使用时1.8V电源转换部分会发热严重,在本设计中采用TMI1007B替换。电路结构如下,实际验证表明能大大降低发热严重的毛病。但是在SMT生产的两块PCBA电路中,有一块用不了,大概率是因为买到的芯片质量不行!这个在淘宝购买的时候还是需要多谨慎些。

peuyvUD32bPyq6rolCvgzuKhNn6mMHwrEN4LJbWH.png

 

 

一、AD9910原理图设计说明

在设计AD9910原理图时,其数据手册有中文版,因此电路设计参考的是中文版本进行设计,对于电源部分的设计参考遵循以上的电源分组原则,具体请查看原理图设计,此处不多进行说明.

 

软件说明

 

Matlab 生成任意波形代码说明.以下截图为生成任意波形时,使用matlab进行的截图。

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Matlab、及STM32代码请查看附件,此处仅做简单说明。请注意以上截图红字说明,波形参数不可以出现负数,不可以大于16383!

 

实物展示:

 

①.模块DDS-AD9959模块:

 

沉金包边!!!!很好看。

 

 

 

 

 

 

②.模块DDS-AD9910模块实物展示:

 

 

 

对AD9910进行布局时,其布局结构十分友善,不需要大量扇出即可完成数据线的布置,这是AD5595无法媲美的。

 

③.总体系统实物

 

 

 

 

 

 

 

 

 

此外高频电路,一般都采用:沉金工艺、金属包边、多层板设计,本设计中均采用,在实际开发中,未降低成本,多采用双层板设计,因此实际项目需求,需要根据成本情况而定。

需要注意的是:DDS芯片一般都很贵,如AD9910和AD9959都在200左右,有个节省成本的方法就是使用拆机芯片,几十块,能大大减少成本!!!!

 

 

 

 

设计原理

一、AD9959原理图设计说明

  AD9959的数据手册是英文的,我没有仔细阅读细节,高频电路对电源滤波隔离的要求跟高,这个是很重要的,电路参考了一些典型的设计原理图进行设计,从4路输出拓展为8路输出,因为AD9959每一路都拓展了一路反向波形用于校验。在AD9959中滤波电路主要是通过磁珠进行的,电路结构如图所示。

 

zwC5cxgIpDEPdBKc85lhzfF6hto9k03KfiW4iZmu.png

 

淘宝采用的电源电路一般都是AMS1117系列的LDO芯片,此类LDO在使用时1.8V电源转换部分会发热严重,在本设计中采用TMI1007B替换。电路结构如下,实际验证表明能大大降低发热严重的毛病。但是在SMT生产的两块PCBA电路中,有一块用不了,大概率是因为买到的芯片质量不行!这个在淘宝购买的时候还是需要多谨慎些。

peuyvUD32bPyq6rolCvgzuKhNn6mMHwrEN4LJbWH.png

 

 

一、AD9910原理图设计说明

在设计AD9910原理图时,其数据手册有中文版,因此电路设计参考的是中文版本进行设计,对于电源部分的设计参考遵循以上的电源分组原则,具体请查看原理图设计,此处不多进行说明,附件中会上传此数据手册。

 

软件说明

 

Matlab 生成任意波形代码说明.以下截图为生成任意波形时,使用matlab进行的截图。

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Matlab、及STM32代码请查看附件,此处仅做简单说明。请注意以上截图红字说明,波形参数不可以出现负数,不可以大于16383!

 

实物展示:

 

①.模块DDS-AD9959模块:

 

沉金包边!!!!很好看。

 

 

 

 

 

 

②.模块DDS-AD9910模块实物展示:

 

 

 

对AD9910进行布局时,其布局结构十分友善,不需要大量扇出即可完成数据线的布置,这是AD5595无法媲美的。

 

③.总体系统实物

 

 

 

 

 

 

 

 

 

设计注意事项:

 

1. 对于高频信号源模块,采用的DC-DC电路应采用多通道DC-DC芯片,否则会使LDO发热严重,本设计所采用的电路,至少LDO上电运行长时间后不会烫手。

 

2.对于LSQP封装的芯片,建议采用SMT,手焊一些问题难以查找,但是SMT有时候也会有问题,对于一些不好焊接的芯片,立创商城无货的,建议去淘宝找到信誉好,且是原装正品的供应商因为AD9959、AD9910的两块SMT板子,都是就一块能用!!!因为DC-DC芯片无法正常输出1.8V电平。也就是电源转换芯片是坏的.....

 

3.对于高频信号板,建采用多层板设计,且选择沉金工艺,并进行包边,以达到最好的电源耦合效果,降低外界干扰。

 

4.任意波形的产生需要对产生的波形有一定的认知,如幅度、频率参数,且操作均是通过AD9910内部寄存器实现,需要有一定的寄存器操作基础。

 

 

演示视频:https://www.bilibili.com/video/BV1bN411u7sT/

设计图

未生成预览图,请在编辑器重新保存一次

BOM

暂无BOM

附件

序号文件名称下载次数
1
STM32F4高频函数信号发生器.zip
295
2
测试程序1无采样点.txt
107
3
三角波代码.txt
96
4
绘制换行不带点.txt
79
5
组合图形.txt
85
6
正余弦组合.txt
82
7
SQURE.mif
81
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