差分信号分析仪

1.信号发生器：

       信号源采用的是Arduino单片机产生的正弦波，三角波，锯齿波，方波四种信号，由于Arduino uno没有好用的DA转换，可通过R2R网络来生成一个简易的DA转换单元，来输出对应的电压值。先在Arduino中产生出正弦波，三角波等波形的数字信号，将数字信号放在Arduino中的PORTD寄存器（D0~D7）中，再通过在面包板上搭建的简易DA转换器输出转换后的信号（即模拟信号）作为信号源输入到放大电路中

    信号源Arduino程序：

int wavedigital[255];

//定义图形周期

int cycle;

//波形模式切换按键

const int button = 12;

//波形常数

volatile int wave = 0;

void setup()

{ 

     Serial.begin(9600);

  

    //设置中断程序

    //attachInterrupt(button, waveSelect, RISING); 

 

     //输出端口 0-7

     pinMode(0, OUTPUT);

     pinMode(1, OUTPUT);

     pinMode(2, OUTPUT);

     pinMode(3, OUTPUT);

     pinMode(4, OUTPUT);

     pinMode(5, OUTPUT);

     pinMode(6, OUTPUT);

     pinMode(7, OUTPUT);

    //改变输出信号频率调整完电位器后复位后生效

     cycle=int(analogRead(A0)/10)+1;

     //默认输出正玄波

     wagegen();

}

 

 

void loop()

{

      unsigned char date1[1]={0xFF};

      unsigned char date2[1]={0xEE};

      unsigned char date3[1]={0x0D};

      unsigned char date4[1]={0x0A};

     if(digitalRead(button)==0)

     {

      waveSelect();

     }

     //增加此句后会影响波形的质量，波形导致失真

     //cycle=int(analogRead(A0)/10)+1;

  

     for (int i=0;i<255;i++)

     {

          PORTD=wavedigital[i];

        

          Serial.write(date1,1);

           Serial.write(date3,1);

          Serial.write(date4,1);

          Serial.print(wavedigital[i]);

          Serial.write(date2,1);

          Serial.write(date3,1);

          Serial.write(date4,1);

           Serial.print(analogRead(A2));

         //调试各个波形的值

         //  Serial.println( wavedigital[i]);

         //调试波形周期

          delayMicroseconds(cycle);

         // delayMicroseconds(10);

     }

    //调试模拟量输入的值已决定波形周期

    // Serial.println(cycle);

}

 

 

// 波形选择程序

void waveSelect() {

 //选择所需波形 0-正玄波 1-三角波 2-锯齿波 3-矩形波

  wave++;

  if(wave == 4)

    {

      wave = 0;

    }

     wagegen();

    delay(3000);

}

 

//波形数值生成

void wagegen()

{

     float x;

     float y;

 

    //正玄波的值

    if(wave==0)

    {

       for(int i=0;i<255;i++)

       {

          x=(float)i;

          y=sin((x/255)*2*PI);

          wavedigital[i]=int(y*128)+128;

        //  Serial.print(wavedigital[i]);

       }

     }

   

//    三角波的值

    if(wave==1)

    {

  

         for(int i=0;i<128;i++)

         {

          x=(float)i;

          wavedigital[i]=int(2*x);      

         }

 

         for(int i=128;i<255;i++)

         {

          x=(float)i;

          wavedigital[i]=255-int((x-128)*2);     

        //  Serial.print(wavedigital[i]);       

          }

     }

  //锯齿波

  if(wave==2)

    {  

          for(int i=0;i<255;i++)

         {

          x=(float)i;

          wavedigital[i]=x;      

         // Serial.print(wavedigital[i]);

          }  

    }

    

    

    //方波值得生成

    if(wave==3)

    {  

       for(int i=0;i<128;i++)

       {

         wavedigital[i]=255;     

       }

 

        for(int i=128;i<255;i++)

        {

          wavedigital[i]=0;

         // Serial.print(wavedigital[i]);

         } 

     }

 

Arduino搭载的简易DA转换器连线图：

实物连线图：

 

 

2.放大电路：

       放大电路采用的是立创公司电子设计大赛比赛附件中提供的原理图，在立创EDA绘制原理图与PCB，并完成电路的焊接与调试。

       原理图：原理图采用的是立创比赛定制的原理图，在立创EDA上绘制

    PCB：采用原理图中推荐封装，对元器件进行布局、排版、连线

焊接后实物图：

 

测试用PCB

 

测量显示（LabVIEW作为示波器）：

       测量显示部分使用的是Labview作为上位机显示信号的波形，使用了简单的状态机架构，对下位机发送的波形进行显示。实现方法是将差分放大电路中输入波形，放大后波形组成一个数据包，包头为十六进制FF，包尾为十六进制EE，通过Arduino单片机读取源信号的数据，并通过串口发送给Labview上位机，在上位机部分对数据进行解包并显示。

       通过对下位机发送的信号进行解包处理，分别写出了两组LabVIEW程序，分别是对在Arduino通过面包板搭建的简易DA转换后的模拟信号和放大后信号进行显示，LabVIEW程序写好后，将程序打包为exe文件，以便在没有安装LabVIEW的电脑上仍然能够使用该程序。

正弦波：

示波器显示：

三角波

示波器显示

 

锯齿波

示波器波形：

 

方波：

示波器显示：

输出信号示波器显示：

正弦信号

 

三角波信号

 

 

锯齿波信号

 

 

方波信号：