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[黑金原创教程][连载][iBoard 电子学堂][第八卷设计任意波发生器]第三篇直接数字合成（DDS）原理

2012-03-16T03:52:00Z

一、什么是频率

频率是指单位时间内某事件重复的次数。在电子学中，信号的频率是指单位时间内信号的周期数，单位是赫兹（Hertz，简称Hz）。很多年前有一个著名的德国物理学家海因里希 · 鲁道夫 · 赫兹，他首先证明了电磁波的存在，为了纪念他，频率的单位就用他的名字命名。频率是一个非常常用、也是一个非常重要的国际单位；日常生活中，我们收听的收音机、观看的电视机、交流市电、移动蜂窝电话等信号的传输过程，都利用了信号的频率特性。频率与信号的周期互为倒数关系，所以频率也可以表示为：

二、怎么得到任意频率的信号

既然信号的频率特性那么重要，我们怎么样才能得到自己想要的频率的信号呢？一般来说，我们通过下面三种方法得到想要的频率信号。

n 晶体或者晶体振荡器：晶体振荡器是利用石英晶体的压电效应，来产生我们想要的频率，他有精度高、稳定性强、温漂小等特点。晶体或者晶振是电路中常用的元器件，它能给我们的电路提供稳定的时钟源，但它也有它的局限性，晶体一旦切割完毕，他的固有频率也就固定了，所以晶体或者晶振不适用于要求频率时刻变化的场合。

n RLC 振荡器：利用RC 振荡或者 LC 振荡的原理，通过改变其中的R、L或者C达到改变振荡频率的目的。这种振荡器电路简单、起振容易，所以也很常用。不过他频率稳定性一般，不适合在频率精度要求较高的场合使用。

n 频率合成技术：频率合成技术可以理解为我们通过某种方法，对固定的频率进行运算，来完成频率的变换。频率合成方法一般有锁相环(PLL)法和直接数字合成技术。PLL 是一种闭环系统，他通过对输入频率进行倍频、分频等过程，完成频率的变换。这种技术一般用于输出频点不多的场合（例如MCU中频率的倍频过程），它得天独厚的优势是可以产生比输入频率更高的频率。直接数字合成技术为本节讨论的重点，以下内容均讨论直接数字合成技术。

三、直接数字合成技术简介

直接数字合成（Direct Digital Synthesizer， DDS）是1971年由J．Tierncy等人提出的，它通过基于相位累加的变换方式，对输入频率进行变换，来达到任意频率输出的目的。它具有输出频率稳定、分辨率高、切换速度快等优点，配合波形查找表及相关路，它能产生任意的波形，这也是它最大的优势。

四、DDS原理

一个典型的DDS系统包括相位累加器、幅度变换及DA转换电路。它基于同一个系统时钟驱动的。在某一个时钟时刻，相位累加器产生一个特定的相位角度，通过相位角度-幅度变换，查找到波形表中电压值，然后送给DAC，来重现这一时刻的模拟电压，这就完成了DDS工作的一个步进。通过不断的时钟驱动，我们就能得到连续的模拟波形。

图二 DDS 结构示意图

1、相位累加器

相位累加器（ACCUMULATOR）是DDS的核心，它由一个加法器和一个D触发器组成。相位累加器由多位组成，典型的应用中，一般取 16~48位。相位累加器工作过程中，时钟每动作一次，累加器便累加一次调谐字（TUNING WORD）；所以相位累加器输出一个以时间为序列的数字字，它线性增长，直到达到最大值2ⁿ(假设该累加器为n位)，如果大于最大值，则舍弃溢出的高位，仍然保留n位。

为了形象的描述相位累加器的工作过程，我们可以把相位累加器看做一个圆周，如图三所示。其中，n表示相位累加器的位数，2ⁿ为相位累加器的模数，也就是圆周等分点数，每次的步进值为调谐字（TUNING WORD）。如果把相位累加器旋转一周作为一个周期的话，则最终频率输出可以用方程式（2）来描述。

如果把调谐字（TUNING WORD）设置为最小值1，带入方程式（2）则可得到最小输出频率，也就是频率分辨率。通过公式（3）我们可以看出，相位累加器位数越高，则频率分辨率越高。在100MHz的采样时钟下，48位的相位累加器可以使得频率分辨率优于 1μHz。

2、角度-幅度转换

相位累加器的输出为线性的，如果我们需要输出任意的波形，我们则需要角度-幅度转换。一般地可以通过查找表的方法来实现。相位累加器的输出作为查找表的地址，数据线作为内容输出，则完成了角度-幅度转换。图四示意图为单周期正弦波查找表，n位的相位累加器输出（线性变化）作为查找表的地址线，数据输出端则为按正弦规律变化的数字序列。

图四查找表模式的角度-幅度转换示意图

3、D/A 转换

相位累加器的输出经过波形查找表后，得到按预置波形变化的数字序列，还需要进行数字-模拟转换，才能得到我们需要的模拟波形，这个过程为 D/A转换，如图五所示。DAC 的驱动时钟与相位累加器的时钟同源，所以保证DDS 每个模块工作“步调”一致。

图五 DA转换过程示意图

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[黑金原创教程][连载][iBoard 电子学堂][第八卷设计任意波发生器]第二篇 iBoard 任意波发生器原理

2012-03-16T03:50:00Z

一、iBoard任意波发生器硬件框图

iBoard 任意波发生器硬件框图如图一所示。它主要包含CPU电路、FPGA电路、接口电路、液晶与人机界面电路、直流DAC 电路、高速DA转换器、低通滤波器、衰减网络、功率输出。

图一 iBoard 任意波发生器硬件框图

CPU电路：通过高性能Cortex-M3内核的微处理器 STM32F103VC，完成任意波发生器的主控、人机界面、接口等功能。他通过总线与FPGA 相连，完成 DDS 内核控制、波形生成、频率字写入等。

FPGA电路：通过FPGA并配合内置RAM，我们使用逻辑设计 DDS 内核，完成波形信息存储、频率控制、相位控制以及调制、扫描、猝发等功能。FPGA 最终输出规则的数字序列以及100MHz 的DAC 驱动时钟。

接口电路：接口电路为 iBoard 标配接口：UART 和 USB。利用接口作为桥梁，我们可以通过计算机控制任意波发生器的功能以及任意波数据下载。

液晶与人机界面电路：iBoard 标配 4.3英寸真彩液晶屏；并含有自主产权的驱动器电路；任意波发生器以他作为显示界面，负责人机交互。

直流DAC 电路：直流DAC是通过STM32F103VC 自带的一路DAC，分时复用扩充至7个通道；其中两个通道作为任意波发生器的幅度控制和偏置控制电路，幅度控制电路输出电压范围为 0~1.25V，偏置电路输出电压范围为 -2.5V~2.5V。

高速DA转换器：规则的数字序列经FPGA 输出后，进入到高速DAC AD9708。AD9708 是ADI 公司 TxDAC® 家族中的一员。它具有8bit分辨率及125M采样率；3V供电情况下，仅有 45mW的功耗。

低通滤波器：在高速时钟的驱动下，DAC输出的一个个阶梯状的模拟信号，我们必须通过低通滤波器滤除高次谐波，来产生频谱较纯的函数信号。

衰减网络：在较小幅度情况下，任意波发生器不能较好的利用DAC 的满幅范围(Full-Scale-Range，FSR)，为了解决这个问题，我们通过最简单的电阻网络，完成0到60dB的衰减；根据不同的幅度输出范围，来选择不同的衰减模式，达到最佳优化。

功率输出：功率输出代表任意波发生器输出信号的驱动能力，也是商业化信号源必备的功能，我们采用高带宽、大电流的功放芯片，完成50欧姆功率驱动。

二、iBoard任意波发生器软件原理

iBoard 任意波发生器软件分为两部分：参数设置及人机界面。人机界面负责人机交互，它基于 X-Gui。它是含有中英文的图形化界面。系统通过处理事件（包含按键、接口等），然后调用底层驱动，完成信号发生器参数设置的目的。

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[黑金原创教程][连载][iBoard 电子学堂][第〇卷电子基础]第二篇电路图与印刷电路板

2012-03-16T03:48:00Z

一、什么是电路原理图

电路原理图是使用图形符号按照一定的顺序排列，详细表示电路、设备的基本连接关系，而不考虑实际位置、物理形式的一种简图，也常常简称电路图或者原理图。

1、原理图基本元素

电路原理图是由原理图符号、符号之间的电气连接以及注释等基本元素组成。原理图是工程师之间交流、企业技术归档、同事之间协同合作的一种最直接的技术手段，所以设计原理图不但要考虑原理的正确性，更要注意其易读性和规范性，不要产生歧义。

原理图符号是在二维平面内表示电子元器件引脚分布关系的符号，其表征了电子元器件的引脚分布关系或原理性示意图，不具有物理结构和尺寸特征。原理图符号由引脚、原理示意图及注释三部分组成。我们以发光二级管的符号为例，说一下原理图符号的结构，如图一所示。

原理图符号之间的电气连接可以通过节点、连线、总线、分页、端口等方式连接。不同的设计软件有一定的差异，但大体思路和含义基本一致。

优秀的原理图看起来井井有条、通俗易懂；所以必要的标注、注释是不可忽略的一部分。工程师设计原理图时，通常采用重点注释、模块化分割、功能性分页等模式，使得原理图通俗易懂。

2、常用电路原理图EDA软件

Protel 系列：Protel系列是一款历史悠久，在国内有众多用户的EDA软件，它占据了国内高校大部分原理图及印制电路板（PCB）的教学课程。Protel 的后续版本Altium Designer 近几年发展迅速，目前已经发展到版本 10。是国内电子工程师常用的一款EDA软件。

PADS：PADS也是一款常用的EDA软件，它占用资源少、速度快，提供强大的交互式布局布线功能，易学易用，功能强大，也是最常用的一款EDA软件之一。

OrCAD Capture： OrCAD Capture作为行业标准的原理图输入方式，是当今世界最流行的原理图输入工具之一，它提供了完整的、可调整的原理图设计方法，并具有简单直观的用户设计界面。OrCAD Capture CIS具有功能强大的元件信息系统，可以在线和集中管理元件数据库，从而大幅提升电路设计的效率。《iBoard 电子学堂》原理图就是使用 OrCAD Capture 软件设计的。

KiCad EDA Suite： KiCad是一款跨平台、开源的EDA工具，它提供了MS-Windows和众多Linux平台（如Debian、Ubuntu、Fedora、Gentoo、Slackware等）下兼容的开发环境，是一款值得推荐的优良的工具。其网址是：http://kicad.sourceforge.net/ 。

3、OrCAD Capture 简易使用步骤

《iBoard 电子学堂》的原理图是通过 OrCAD Capture 16.3绘制的，下面我们就通过简单的步骤来说明绘制原理图的基本步骤。

安装： OrCAD软件功能强大，所以其安装文件也非常大，通过附带的光盘安装完毕后，我们在桌面上（或者开始菜单）能看到快捷方式，双击打开软件。界面如下图所示。

新建工程： 安装完毕后，通过点击菜单 File → New → Project… 来创建工程，如下图所示。

点击后，会出现 NEW Project 对话框，如下图所示。我们需要在Name 栏里填写工程名称，并选择 Schematic（表示新建一个原理图），并在Location处选择我们工程存放的路径，工程文件夹可以再建立工程之前自行建立，不建议使用汉字作为文件夹名称。填写、设置完毕后，点击OK，则新建了一个空工程。

新工程原理图管理如下图所示，Design Resources 为设计资源，里面包含了原理图文件（*.DSN）、原理图符号缓存（Design Cache）和符号库（Library），我们可以点击 Library 的右键 → Add File自行添加自己的库。符号库的扩展名为 OLB。如下图所示。这里我们添加了我自己的库wfj.olb。

绘制原理图： 我们通过双击上图 PAGE1 来打开我们原理图的第一个页面，当然，原理图页面也可以增加或者自己重命名。这个最小系统需要使用wfj.olb库，上面已经添加，另外还需要系统库文件connector.olb和discrete.olb，这两个库都在OrCAD Capture的安装目录下，大家需要自行添加。

进入绘制区后，我们选择菜单Place → Part 来放置符号（或者快捷键 PP），通过选择菜单Place → Power 来放置电源符号（或者快捷键PF）,通过选择菜单Place → Ground来放置地符号（或者快捷键PG），选择菜单Place → Wire 来放置连线（或者快捷键W），选择菜单Place → Junction 来放置节点（或者快捷键J），选择菜单Place → No Connect来放置端口不连接（或者快捷键 X）。

这里我们就以单片机最小系统为例，来绘制一个简单的原理图。此原理图包含了下面几类符号：

符号名称

所在库

PCB库

备注

PP2

wfj.olb

POWER_PLUG

电源插头

wfj.olb

AEC6.5

电解电容

wfj.olb

0603

电阻

wfj.olb

0603

瓷片电容

HEADER 3

Connector.olb

XH3PL

单片机 UART下载口

LED

wfj.olb

LED0603

发光二级管

STC10L04

wfj.olb

TQFP-44

单片机

ZTA

discrete.olb

CY_2S

晶振

DCOM

wfj.olb

系统数字地

VCC

wfj.olb

系统电源

绘制完成后，如下图所示。

通过双击器件，并编辑器属性项 “PCB Footprintf”来添加PCB 封装，每个元器件的PCB封装如上表所示。原理图编辑完毕后，我们还需要对所有符号重新标号、DRC检查等工作。这里就不再叙述。

导出PROTEL网络表： 原理图绘制完毕后，我们需要导出网络表，供PCB 设计软件使用。OrCAD强大的网络表处理能力，使得他能与市面上大部分PCB 软件相连，这里我们以Protel 99Se为例，来导出网络表。导出网络表通过菜单Tools → Create Netlist，来打开导出网络表对话框，如下图所示。我们需要选择到 Other选项，并选择 orprotel2.dll格式，然后点击确定。如果过程中没有错误，则可以完美地导出网络表文件：orcad_demo.net，存放于工程文件管理 Outputs树形结构下。至此，原理图绘制完毕。

二、印刷电路板

印刷电路板，又称印制电路板或者PCB（Printed Circuit Board），是电子元件的支撑体，也是电子元器件线路连接的提供者，它采用印刷腐蚀的工艺，完成线路。目前PCB工艺已非常成熟。

1、印刷电路板组成

印刷电路板包含以下组成部分：

线路与图面（Pattern）：线路作为元器件之间导通的途径，图面为满足特殊需要做出来的焊盘、大面积覆铜、填充等，线路和图面是同一个工艺步骤制作出来的。

介电层（Dielectric）：为了连接、体积及信号的需要，印刷电路板一般包含多层，层与层之间通过介电层连接，俗称基材。目前常用的基材为纸基、环氧玻纤布、复合基材和特种基材等多种类型。

过孔（Through Hole/Via）：过孔是层与层电气连接的途径，多层板中，那些不全通透的过孔我们称之为盲孔。

阻焊济（Solder Mask）：为了避免非接通部分短路，我们把除了焊盘等需要焊接的地方图上阻焊济（俗称绿油），来达到防止短路的目的。阻焊济的颜色有多种，另由于阻焊济占用面积较大，所以平时我们看到PCB颜色就是阻焊济的颜色。

丝印（Silk Screen）：用来标示器件物理边框及注释的印刷层叫丝印层。通过丝印层，可以方便焊接、调试及组装等工作。丝印层不参与电气连接，只是注释，所以为非必要组成部分。为了方便辨识，丝印层一般为白色。

表面处理（Surface Finish）：由于铜面易氧化，导致焊接不良，所以PCB制作过程中，一般会对焊盘进行喷锡、镀金、沉金等工艺。《iBoard 电子学堂》为了保证焊盘的平整性，我们采用了沉金工艺。

2、基于Protel99Se的PCB设计步骤

安装软件：安装配套光盘里的Protel99se软件。完成后，桌面上会有图标，我们双击打开进入软件，界面如下图所示。

建立工程：通过点击 File → New功能，来新建一个工程数据库，如下图所示。这里我们需要自己命名工程文件，例如PCB_DEMO.DDB，并选择合适的本地路径。

点击“OK”后，进入工程管理界面，我们双击 Documents 目录，进入后，通过鼠标右键功能的 “New” 功能，打开新建文件对话框。如下图所示。我们选择 PCB Document，并点击“OK”。PCB文档建立完毕后，我们需要把刚才 OrCADCapture 原理图工具生成的网络表也导入到工程内。方法为：鼠标右键→ Import 来导入网络表（*.net）文件。

导入网络表：双击 PCB 文件，进入 PCB 编辑模式。首先我们要导入网络表，通过Design→Netlist manager（或者快捷键 DN）进入网络表管理对话框，如下图所示。

通过选择 Browse 来选择刚才导入到网络表文件（orcad_demo.net），如果原理图的PCB封装填写无误，则可以顺利执行，如图所示。点击 Execute，执行网络表的导入。

这样，我们的器件就完全导入到了PCB文件内，值得注意的是，PCB当前视图可能不太适合观看到导入的器件，我们通过快捷键 VF 来显示全部器件，或者通过 Page Up来放大显示视图、通过Page Down来缩小显示视图。

在PCB编辑的下方，有层选择栏，如下图所示，含义如下表所示：

图层

名称

含义

Tolayer

顶层

PCB顶层布线层

BottomLayer

底层

PCB 底层布线层

Mechanical1

机械层1

TopOverlay

丝印层

丝印层，用于注释或者元器件符号标示

KeepOutlayer

禁止布线层

国内一般用于PCB 边框切割

MultiLayer

多层

多层，一般用于过孔

绘制边框：绘图时，不同的图层代表不同的含义。首先，我们需要为PCB 绘制边框。我们需要吧图层切换到 KeepOutlayer。这里我们绘制 50cmx50cm的正方形作为边框。如下图所示。

布局：通过操作，把器件合理地分布在边框内为布局阶段。这里我们要遵守疏密合理，电气连接近的放在一起，并保证按功能模块化等约束条件。布局的好坏直接影响下面的步骤，一般的 PCB 设计过程，布局至少要占到 1/3的工作量。完成后如下图所示。

布线：布线是整个PCB绘制的一个重要环节，也是工作量最大的一个环节，目前我们线宽采用英制单位（mil），一般地，数字线路可以从 6~12mil，模拟电路根据流过的电流大小，我们设定10~20mil，功率线路（电源、地等）主干至少要30mil以上。通过快捷键 PT 我们来布线，由于此电路简单，我们使用双面板（即两层板）就可以完成功能。可以布线的层分别为 TopLayer（顶层，这里为红线）和BottomLayer（底层，这里为蓝线）。

放置过孔：如果底层和顶层需要电气连接，则我们需要放置过孔（via），快捷键为 PV。过孔具有两个属性分别为外径和内径大小，这里我们取30mil和15mil。

覆铜：由于此电路较简单，并且均为数字电路，所以我们顶层走线，底层大面积覆铜（作为系统地）。覆铜的方法为快捷键 PG，进如覆铜对话框后，选择 DCOM 网络并把层设置为BottomLayer，如下图所示。

DRC：PCB 布线是一个细致的工作，靠人眼睛很难观测到是否布线完毕，是否有不符合规则的部分，所以布线完成后我们要做 DRC （Design Rule Check），来检查是否有瑕疵。DRC的命令为 TD快捷键，按下后，会显示下面对话框，我们按下 Run Check按钮来进行 DRC 操作。操作完毕后，会生成一个报表，通过报表我们可以检测一些不符合规则的属性及错误（例如短路、断路、器件重叠、线宽不符和要求、焊盘不符合要求等属性，这些属性我们都可以更改，具体方法请参考别的资料）。

至此，我们就完成了一个简单的PCB流程。最终完成图如下图所示。

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[黑金原创教程][连载]关于《iBoard 电子学堂》的学习及进阶方式

2012-03-16T03:45:00Z

《iBoard 电子学堂》自发布以来，受到广大网友的热烈关注。虽然我前期设计我花了大量精力，但能得到大家的认可，我也非常欣慰。由于《iBoard 电子学堂》是从工程的角度来设计的综合学习板，所以很多同学拿到板子后，不知道从哪里入手，下面我谈谈我自己的想法。

一、切忌浮躁，做好打持久仗准备

不得不承认，现在的年轻人太浮躁了，包括我自己，整个大的环境就是这样。但是要做做好任何一件事，都是需要时间的。所谓细节决定成败。学习电子知识也一样，不花大量的精力，是不可能把每个细节都掌握的。

《iBoard 电子学堂》囊括了模拟电路、数字电路、ARM、51、FPGA、真彩液晶驱动等很多资源，甚至包含了一些起点较高的电子仪器的实现，所以需要花费很大精力也是正常的。一开始不明白不要着急，从基础做起，从点滴做起，注重长年累月的积累，逐步提高，这样才能把整个知识体系凝聚于心。其实就是一句话，要坚持坚持，在坚持。

二、注重全面学习，不偏不向

目前国内电子行业，能做开发的不少，但是能从系统级统筹的却寥寥无几，很多都是你抄我的，我抄你的，最后拼价格打得头破血流，行业做坏了，大家也都没有饭吃；然而某些国外的设备，售价高几倍甚至几十倍，大家也不得不购买。这是为什么？这就是现在国内电子行业的现状。

《iBoard 电子学堂》设计初衷里面就包含了一个特征，那就是“注重全面学习，不偏不向”。从一个完整的电子系统，然后逐步的剖析出来“电源部分、微处理器及逻辑处理部分，模拟电路部分，人机界面及接口部分”等几个大的方向，然后逐个的去分析其特征和重要性，最后再把它们有机的结合到一起，这就是一个完成的产品。一个电子产品的组成也符合木桶原理，任何一个方面做不好，都会“装不了太多的水”。然而目前大家接触的市面上的开发板、学习板，大多数都是针对一种CPU，一种结构；而大家都在津津有味的谈论这个CPU 有多强，那个CPU 外设有多丰富。CPU 在整个系统中固然重要，但是它不是全部。喜欢的部分，大家会去学习，不喜欢或者不感兴趣的部分，大家硬着头皮也要去学，学习过程跟吃饭一样，不能挑食。

三、注重软硬结合

大家可能看到很多企业的招聘单上，写的都是“急招软件工程师 xx 名”，“急招硬件工程师 xx 名”。我们千万不要被他们这种模式误导了，一个合格的嵌入式软件工程师，可能不去做硬件，但是得懂；一个合格的硬件工程师，可能不去写微处理器的程序，但是您也得懂，得有能力去评估系统的合理性。

《iBoard 电子学堂》包含了很多软件代码，仅仅 DEMO 代码，就达 1 万多行。想一下子理解了并不容易，但是学习过程中必须要积累，即使工作过程中做“硬件工程师”，也得懂软件。同样的道理，软件工程师也得懂硬件，不然设计软件的时候，将会有很大的局限性。

四、注重规范，养成良好设计习惯

规范性是初学者最容易忽略的问题，甚至很多学者、电子著作的作者也会忽略这个问题。电子工程师设计的规范性是一个非常重要的技能；具有规范性的设计，会使得工作过程中的协同变得简单，能减少电子产品设计过程的出错率。而且习惯都是从初学的时候养成的，人一旦养成一种习惯则很难改变，所以规范性非常重要。
具体的来讲，电子工程师设计规范性包含了工程管理规范性、原理图的规范性、编码的规范性、文档的规范性等等。《iBoard 电子学堂》公布的资料大家可以看出，我们具有良好的软、硬件设计及文档规范。

五、注重提问的方法

1、多思考，少怀疑

从书本到工程实践是一次跳跃，过程中产生疑问是很正常的事，遇到问题我们首先应该做的是思考，并且假设我们学习的知识是正确的，在自己不了解的情况下，不要轻易怀疑；我遇到很多初学者，程序写不出来或者功能不对，总怀疑是硬件或者说是芯片的问题，也许硬件或者芯片存在某种问题，但是如果一个初学者都能发现，那么这个芯片就不要在市场上流通了。

2、做好提问的准备

技术是一层窗户纸，很多东西都是一点即破，结果别人是可以告诉你，但是过程必须自己亲身体会。很多朋友问的问题，让别人无法回答，例如有人就去问，ARM怎么去学？这样的问题实在难回答。在我心中，衡量一个问题的提问是否恰当，就看你的提问和对方的回答字数的对比，提问的一方一定要让别人好回答，易回答，拿出自己的诚意。大家遇到的时候，一定要竭尽所能地自己去解决，包括自己去查资料，去搜索引擎搜索，去论坛查看是否有类似的问题等等。实在想不通，自己把窗户纸准备好，拿出来让老师或者网友帮你捅一下，这样不但加深自己的记忆，也不会太占用别人的时间。

3、最好通过论坛提问

一个人索取的时候，也能够对别人做贡献，岂不是两全其美的事？我们在论坛发帖，不但可以让更多的人理解所问的问题，更能够为自己一步步的成长画出一个轨迹，而且不管对提问者或者回答问题者，都预留充分的思考时间。相反，通过即时消息的形式提问其实是一种转瞬即逝的过程，提问者记忆不深刻，回答者也只能一对一的浪费精力，还不能更好地分享，所以除非特殊原因，请大家多去论坛提问。

六、《iBoard 电子学堂》并不是完美的

说实话，我只能保证尽量的完美，但是它的确不完美。通过 999 的价格，我们不但实现了 51 / FPGA / ARM / CPLD / 真彩液晶与 GUI的学习功能，更是实现了许多很多实用化的仪器。但是为了减低大家的成本压力，我们不能拿《iBoard 电子学堂》与商业化的仪器相比。那些仪器设备的价格大家也略有所闻，少则几千，多则几万甚至几十万。

更重要的是，我通过开源的方式，让大家从头到尾了解到设计一个设备的过程，这是任何商业化的仪器不能比拟的，他们对知识产权的保护力度可谓是里三层外三层，有的甚至打磨芯片。所以《iBoard 电子学堂》并不完美，但是很有价值，很实用。

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[黑金原创教程][连载][iBoard 电子学堂][第八卷设计任意波发生器]第一篇 iBoard 任意波发生器简介

2012-03-16T03:44:00Z

一、我所知道的信号发生器

信号发生器，通俗也称为信号源。顾名思义，信号发生器是用于产生特定参数电信号的电子装置。信号发生器是一个庞大的概念，根据不同的分类依据，可以划分出不同的类型。如依输出频率高低，可分为音频信号发生器、射频信号发生器；依据内部原理不同，可分为模拟型信号发生器、基于直接数字合成(DDS)技术的信号发生器；依据产生信号类型，可分为脉冲信号发生器，逻辑信号发生器以及通用的函数发生器等等。二十世纪八十年代之前，信号源里大部分是由模拟（阻容震荡等）方法产生，八十年代后，数字技术得到快速发展，随之带来的技术更新使得信号发生器技术逐步迈向数字行列。

任意波信号发生器是现代电子设备研发、生产、调试过程中不可缺少的工具，它与采集仪器(如示波器或频谱仪)配套使用，可以创建完整的测量解决方案。他是信号源的一种，甚至可以说它是最常用的信号源。他不但具有常用的函数发生器具备的能力，而且还有任意波形复原的本领。这使得我们在现场中采集的信号，可以在实验室完美重现，大大的简化了工程调试过程。

图一安捷伦 33220A 任意波发生器吉时利3390任意波发生器

二、iBoard 任意波发生器

iBoard 任意波发生器是《iBoard 电子学堂》内置功能，他通过高速FPGA 结合DDS 原理，完成任意波发生器核心功能，并配合高速 DA 转换器以及一系列的模拟通道，完成商业信号发生器的大部分功能。对于电子爱好者，它不但适合原理性学习，更是一款实用的工具。其主要特征如下：

100M Sa/s 采样率，8bit 垂直分辨率；
强大的频率输出能力：最大可产生 10MHz 模拟信号；频率分辨率达 1uHz；
幅度 10mVpp~10Vpp可调，12bit 分辨率；
直流偏置 0~5V 可调，12bit 分辨率；
内置15种标准函数：正弦波方波三角波锯齿波负锯齿波 SINC 噪声升指数降指数正全波整流负全波整流正半波整流负半波整流高斯函数直流，并伴有 TTL 输出；
方波占空比可调（0.1%~99.9%）；三角波对称度可调（0%~100%）；
内置任意波发生功能；
可完成频率调制、相位调制功能；可完成内外 FSK 、PSK功能；
可完成频率扫描功能，包含线性扫描、对数扫描模式；
可完成猝发（脉冲串功能）；
大功率输出，更实用：具有50欧姆负载驱动能力；
配合板载USB或者串口，可完成计算机控制；
基于X-Gui及 4.3寸液晶显示器，显示清晰直观，易上手；

图二 iBoard 任意波发生器波形选择界面

图三 iBoard 任意波发生器频率设置界面

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[黑金原创教程][连载][iBoard 电子学堂][第〇卷电子基础]第一篇认识电子元器件

2012-03-16T03:42:00Z

一、什么是电子元器件

常言道，巧妇难为无米之炊，电子元器件就是电子工程师的“米”，它们是电子工程师日常设计中接触到最多的实物，掌握常用器件的各项特性，是一个合格的电子工程师必备技能。

电子元器件其实是电子元件和电子器件的合称。一开始他们的定义如下。电子元件是指生产过程中，不改变分子成分的成品。也叫无源器件，如电阻、电容、电感等。电子器件是指生产过程中改变分子结构的成品。如电子管、晶体管、集成电路等。随着电子行业发展越来越快，工艺逐步提高，元器件也越来越多，电子元件和电子器件的概念越来越模糊；电子工程师没必要纠结本概念。习惯中，电子元件、电子器件和电子元器件均指同一类物品。甚至某些外围物品（如连接器、插座、排线等）我们也叫做电子元器件。

二、电子元器件分类

1、从电源的角度分类

从是否消耗电源的角度分类，电子元器件可分为有源器件和无源器件。

无源器件：如果电子元器件工作时，不需要外间电源就能表现其自身的特征，则这种元器件叫做无源器件。常用的无源器件如电阻、电容、电感、二极管等。

有源器件：与无源器件对应，如果电子元器件工作时，需要能量才能显示出其特性，这种元器件叫做有源器件。常用的有源器件如三极管、场效应管、大部分集成电路等等。

2、从功能上分类

根据功能上分类，可分为分立元器件和集成电路两种。

分立元器件：从功能上，那些具有单独的基本功能并且功能不能拆分的单元，叫做分立元器件。如电阻、电容、电感、二极管、三极管等等。他们功能单一，并且是电子电路中最基本的功能。

集成电路（Integrated Circuit，IC）：采用一定的工艺，把晶体管、二极管、电容、电感等基本器件集成在一起，形成一个体积较小、且具有特定功能的微型电子电路结构，我们叫做集成电路。近几十年集成电路技术和工艺飞速发展，这就为电子工程师日常设计提供了较大的发挥空间。

三、基本电子元器件

1、电阻器

提到电阻器大家都不陌生，按照定义，我们把导体对电流的阻碍作用就叫做导体的电阻。电子线路中，用某种材料制造的具有电阻特性的导体，我们叫做电阻器，也常常简称为电阻。电阻器是电子线路中使用最多的基本元器件之一。电阻（我们常用R表示）的单位为欧姆（Ω）。定义为公式（1）。

其中 V 为导体两端的电压，I为流经导体的电流。电阻为导体的基本属性，假设导体均匀，则他的电阻值与长度成正比，与截面积成反比。电阻的倒数叫做电导（常用G表示），单位为西门子。

电子线路中，习惯上常用Rx（x表示数字编号）表示电阻器，电阻器常用于分压、限流、阻抗匹配等作用。电阻器有很多物理形式，图一列出了常用的电阻器封装。iBoard中，我们使用的是表面贴装（贴片）电阻器。

图一（1）直插式电阻器图一（2）贴片电阻器

2、电容器

电容器是一种容纳电荷的器件，又叫电容。简单的电容是由两片极板和中间的绝缘电介质构成。电容的单位为法拉（F），它以发现电磁感应现象的英国物理学家迈克尔· 法拉第命名。法拉是一个“较大”的单位，电子线路中，我们常用微法（uF，1uF=10^-6F）、皮法（pF，1pF=10^-12F）来表示电容值。

电容的种类很多，从原理上，我们可以分为无极性电容和有极性电容。有极性电容使用过程中极性不能接反，接反后极有可能引起电容器爆炸，电容器接反也是调试过程中工程师最容易犯的低级错误。从材料上我们可以分为电解电容、瓷片电容、钽电容、CBB电容、独石电容等等，每种电容都有其自身的特征，电子工程师需根据不同的电子线路特征来选择合适的电容器。

电子设计中，我们常用电容器实现储能、旁路、去耦、滤波等功能。电子线路里，常用Cx（x为编号）表示无极性电容器，用ECx（x为编号）表示有极性电容器。图二为 iBoard 中使用的电容器类型。

图二（1）贴片瓷片电容图二（2）贴片铝电解电容

3、电感器

有一种电子元器件，把他放在闭合回路中，在回路中电流改变时，会出现电动势来抵抗回路电流的改变，这种特性叫电感，具有电感特性的元器件我们成为电感器。最简单的电感是螺线管样式的导线。这里大家要清楚，电感对电流的阻碍作用和电阻对电流的阻碍作用是两码事。一方面，电感是在电流变化时，它阻碍电流的变化；而电阻，有电流他就阻碍；第二，电阻是消耗能量的，而电感，是把能量“储存起来”。

电感的单位为亨利，标记为“H”，它以美国科学家约瑟 · 亨利命名。电子电路中，我们以 Lx（x为编号）表示电感，图三为常用电感实物图。

图三常用电感（依次为贴片功率电感、磁环电感、工字型电感和贴片层叠电感）

4、铁氧体磁珠

磁珠是用于抑制信号线、电源线上高频干扰的电子元器件。我们可以把磁珠认为品质因数Q较小的电感器。磁珠可以等效为电阻器和电感器串联，但磁珠和电感也是有很大差别的，电感是储存能量而磁珠是消耗能量的。

磁珠的单位是欧姆（Ω），他与电阻有着相同的单位，我们常以100MHz时的阻抗，作为磁珠的阻抗值。电子线路中，常用FBx（x为编号）来表示磁珠，图四为磁珠的实物图和电路符号。

图四磁珠实物图与电路符号

5、晶体二极管

晶体二极管，简称二极管，是一种具有电流单向流动性的电子元器件。二极管有两个电极，分别为阳极（Anode，简称A）和阴极（Cathode，简称K），电流可以从阳极流向阴极，不能从阴极流向阳极。

二极管有很多分类，如普通二极管，肖特基二极管，稳压二极管、发光二级管（LED）等。常用二极管实物图如图五所示，电路符号如图六所示，依次为普通二极管、发光二级管、肖特基二极管、齐纳二极管、变容二极管和隧道二极管。电路中，我们常用Dx（x为编号）来表示二极管。

图五常用二极管实物图

图六二极管电路符号

6、晶体三极管

晶体三极管，简称三极管。它具有电流放大作用，是最基本的元器件之一。三极管是由相邻的两个 PN 结组成，两个 PN 结把三极管分成三部分，排列方式有NPN和 PNP两种方式。

三极管有三个引脚分别为基极（B）、集电极（C）和发射极（E）。电子电路中，三极管常用Qx（x为编号）表示，常用与电流放大和开关作用，其电路符号如图七所示。实物图如图八所示。

图七三极管电路符号

图八三极管实物图

四、集成电路封装

集成电路，简称 IC。从1958年第一个集成电路的出现一直到现在，集成电路经历几十年的飞速发展后，出现了各式各样的种类。制造工艺的发展，使得集成电路集成度越来越高，功能越来越复杂，而价格却越来越低。如今集成电路已经渗透到人们生活的各个角落，它为信息化社会奠定了硬件基础。以后的章节我们都建立在集成电路的基础上。

生产厂商把集成电路做成各式各样的封装（当然，为了降低成本，某些应用领域也用裸片的形式出现），一是为电路提供一个稳定可靠的工作空间，二是方便电子工程师应用。了解常用集成电路的封装，是电子工程师最基本的技能。下面为一些具有代表性的电子元器件封装形式。

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发布《iBoard 电子学堂》DEMO代码

2012-02-29T16:16:00Z

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版本信息：0.0.1.build590
功能：包含任意波发生器、示波器、电压表以及时钟等功能，基于 X-GUI。
http://files.cnblogs.com/xiaomagee/iBoard_demo.7z

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ucgui 在《iBoard 电子学堂》上的移植

2012-02-29T16:12:00Z

ucGUI 一直是轻量级嵌入式GUI中的王者，他强大的功能和丰富的控件，深受工程师们的喜爱，XiaomaGee昨天抽点时间把 ucGUI 移植到了《iBoard 电子学堂》上，性能不错。

老规矩，先贴几个图，然后上传源代码。

------ ucgui DEMO 的开机画面 ------

------ 汽车表盘演示 ------

------ 导航系统演示 ------

------ 图表演示 ------

------ 正弦波演示 ------

------ 位图演示 ------

------ 颜色条演示 ------

------ ASCII 码字体演示 ------

------ 国际字体演示 ------

------ 各种控件 ------

------ listbox演示 ------

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附上源代码：

http://files.cnblogs.com/xiaomagee/iBoard_UCGUI.7z

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ZLGGUI 在《iBoard 电子学堂》上的移植

2012-02-29T16:11:00Z

ZLGGUI 是一个轻量级的GUI 系统，适合于单色、彩色屏幕，对CPU要求不高，并且占用资源少。附件内为ZLGGUI 在《iBoard 电子学堂》上的移植，效果不错。

《iBoard 电子学堂》ARM 控制器为 STM32，使用编译器为 KEIL MDK 4.23。

先贴个图。

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附上源代码：

http://files.cnblogs.com/xiaomagee/iBoard_ZLGGUI.7z

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《iBoard 是什么》之简介

2012-02-21T07:01:00Z

2012-02-21T07:01:00Z2012-02-21T07:01:00ZFPGA黑金开发板http://www.cnblogs.com/kingst/

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《iBoard 电子学堂》

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《iBoard 电子学堂》囊括了当今主流器件，并实现了众多基础性功能。是一款即具有基础性，又面向工程应用的综合性学习系统。它具有以下特点：

趋于主流： iBoard 设计过程贯穿了“一切从实际出发”的思想，从产品和工程的角度去学习电子技术。是初学者从书本、课堂过度的好帮手。
资源丰富：囊括了成熟的8051单片机、电子工程师新宠“Cortex-M3”内核的ARM微处理器、Altera 第四代飓风FPGA、极具性价比的 MAXII 系列CPLD、让人眼前一亮的4.3寸真彩液晶以及大量的模拟电路；丰富、全面的硬件资源成为《iBoard电子学堂》系列教程的坚实的基础。
模拟电路比重大： 很多电子工程师谈“模拟”色变，由于模拟电路先天的特点，导致了其设计、调试的复杂度远高于数字电路，但是我们不能回避这个问题，对于我们来说，模拟电路更需要积累。
注重基础： 《iBoard 电子学堂》从零开始与大家一起学习电子设计知识，不忽略每个细节，从器件封装到软件工程管理，从硬件电路到仪器设计；即使没有电路基础，学习起来也没有障碍。
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包含全功能电压表：《iBoard电子学堂》带领大家从零开始制作一个全功能电压表，包含了交流、直流电压测量，正负500V自动量程；使学习者不但深刻理解电压表的功能，更能从设计者的角度去理解这个电压表。
包含全功能任意波发生器：《iBoard 电子学堂》包含了一个全功能任意波发生器，采样率高达 100MHz，它甚至包含了50欧姆功率输出。教程中，我们深度剖析如何设计一个商业化的任意波形发生器，更能体现其无限的价值。
包含全功能数字存储示波器：示波器是电子工程师的利刃，但是由于其昂贵的价格，很多初学者没有机会与其深入接触。《iBoard电子学堂》通过从硬件、软件一路走来，剖析数字存储示波器的设计过程，不但能让学习者牢记于心，更能从根本理解示波器的基本属性。当然，它也具有很大的实用价值。
更多的优点等你发掘：只有行动了才能体会到《iBoard电子学堂》的每个细节，优化的电源系统设计，优良的单键开关机电路，处理器与FPGA 完美的任务分配，精湛的模拟通道设计，让人眼前一亮的 GUI 表现…… 更多的优点等你发掘。

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iBoard 电子学堂》资源丰富，它包含了一下硬件组成部分：

具有代表性的电源系统： 系统包含一键开关电路，抛弃传统的机械开关；并包含了 Buck电路，Boost电路，Buck-boost电路，LDO 等典型的电源系统。
经典的8051：经典微控制器不遗漏，即使没有一点基础，也可以轻松学习。
强大的ARM-CORTEXM3：系统使用 72MHz 的 STM32F103VC作为 ARM控制器。
新一代的飓风四代FPGA：采用新一代的 Cyclone IV作为逻辑处理器，并配有 8M SDRAM，轻松学习 NIOSII。
MAXII CPLD：使用高性价比的CPLD，自主开发的液晶驱动，性能强劲。
示波器通道：系统包含一路 32M采样率的数字示波器通道，麻雀虽小，五脏俱全。
任意波形发生器通道：包含一路实用性的任意波形发生器，具有功率输出。
500V输入数字电压表：交直流输入，500V自动量程。
4.3寸TFT显示：配合原创 X-GUI，显示美观大方。

-------------------------整机图----------------------------

-------------------------数字示波器工作截图----------------------------

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软件截图：

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