一.项目介绍
1.项目要求介绍以及需求分解：
2.硬件实现过程及相关介绍：
根据自我感觉的难易程度，先从搭建滤波器开始，接下来是设置直流偏置，最后是用单片机进行控制生成信号，下面是最终的Block Diagram
1. 搭建滤波器
a. 首先根据题目要求筛选指标：
首先，需要设置为低通滤波器，接着是在40Khz时，设置为-3db，还有根据实际情况，选用最多2阶滤波器，因为是有源滤波器，再多阶数时，运放就不够了，最后是根据实际情况进行器件选型，注意这时候要看是否要负电压，因为如果需要负电压，需要再额外进行电压转换的，滤波器类型选择sallen-key，如下是我利用Analog Filter Wizard进行的设置。
b. 搭建滤波器的过程需要注意：器件选型时，尽量按使用最少元件，电路结构越简单越好的原则来，不管是面包板还是PCB，在能达到电路要求的前提下，尽量减少各种不必要的辅助功能，最终我选择了OP27，因为是在面包板搭建电路，为了保证输入电源的稳定，根据ADI的建议，也加上了Bypass电容，在这里，需要说明，Bypass电容的位置需要注意，放在电流流经的地方，比如下面我放置的原则，左边黄色椭圆形里面，红黑色是输入的电源，右边蓝色框是输出的电源，中间红色框是Bypass电容，白色箭头指向是电压从输入到输出的方向，在这里就看到Bypass电容是在电路中间，面包板上比较明显，如果是自己画PCB，那更要注意Bypass电容的摆放位置。
另外也试了一下，如果不加100uF+10uF的Bypass电容，+5V到OP27上有4.68~5.3V的波动，加上bypass电容后，+5V缩小波动到4.74~5.2V
c. 选用OP27做有源滤波器后，需要对供电做处理，这里需要将+5V转换为-5V，根据套件中的，选用LT1054，这颗IC搭建转换电路，所需要的外围器件很少，根据SPEC，LT1054的电流输出最大100mA，根据所需要的负载看，OP27最大输入电流是+-25mA，AD8226最大short电流13mA，所以算下来LT1054也是足够驱动这些负载的，参照SPEC中的参考电路，搭建出-5V的转换电压电路。
2. 搭建直流偏置的部分
a. 直流偏置和滤波器不一样，这个选型比较麻烦，我是在套件中挑选了好久，最终选了AD8226，实验看到这颗轨到轨的IC对宽电压适用性好，同时不会因为设置不当导致输出信号有很大差异，我认为容错性最好。结合SPEC看下来，AD8226很适合做这次的直流偏置部分。
最终在面包板上搭建的硬件如下：信号根据红色箭头指示从生成到处理全过程
二.软件实现过程及相关介绍：
软件实现是在Pi Pico控制AD5626生成信号这部分，Pi Pico目前了解两种方式：
一. 使用Arduino进行，但是很奇怪，现在Pi Pico使用Arduino编译时，一直会提示一个文件夹载入失败，导致编译不成功，最后这个方法就放弃了。
二. 使用Micropython，采用的是未升级前的Thonny编译器，之前的挺好用，也没有其他杂货。
接下来介绍使用Micropython的方法，这个方法有局限性，就是只能每次生成一种波形，如果需要自动调整，就只能手动修改，不过对于我这个程序一窍不通的来说，解决有没有的情况就好了。
首先，载入对应的库：
import machine
import utime
import math接下来分配对应的GPIO管脚并设置对应的初始状态：
spi = machine.SPI(1, baudrate=6000000, sck=machine.Pin(10), mosi=machine.Pin(11))
cs = machine.Pin(9, machine.Pin.OUT)
ldac = machine.Pin(8, machine.Pin.OUT)
clr = machine.Pin(14, machine.Pin.OUT)
cs.on()
ldac.on()
clr.on()对AD5626的寄存器位址定义：
# AD5626 command bits
WRITE_DAC = 0b0011
WRITE_INPUT_REG = 0b0111
UPDATE_DAC = 0b1001接下来初始化AD5626的输出电压还有波形的定义：
# Initialize DAC to output single-ended voltage between 0V and Vref
cs.off()
spi.write(bytearray([WRITE_INPUT_REG, 0x00, 0x00])) # Set input register to 0V
spi.write(bytearray([UPDATE_DAC, 0x00, 0x00])) # Update DAC with input register value
cs.on()
def generate_sin_wave(length, amplitude, frequency, sampling_rate):
data = []
for i in range(length):
x = i / sampling_rate
sample = int(amplitude * math.sin(2 * math.pi * frequency * x))
sample += 2048 # Offset to center waveform around 0
data.append(sample >> 2) # 12-bit DAC, shift right by 4 bits
return data最后对需要的波形进行设定，并且将这些需求发给AD5626
# Generate 5 kHz sin wave
wave_data = generate_sin_wave(length=5000, amplitude=2048, frequency=5000, sampling_rate=200000)
# Send wave data to DAC using SPI
while True:
ldac.off()
cs.off()
spi.write(bytearray([WRITE_DAC, 0x00, 0x00])) # Select DAC A
for sample in wave_data:
spi.write(bytearray([(sample >> 8) & 0x0F, sample & 0xFF])) # 12-bit DAC, MSB first
ldac.on()
cs.on()
utime.sleep_us(0)
三.效果演示
看如下演示，在调节可变电阻时，看到正弦波的直流偏置在变化，在B站视频中能看到可根据需求调节信号频率，并且根据LTSpice和实际模拟，可看到超出40Khz时，输出信号会有明显的缩小，说明此时低通滤波器可实现40Khz的截止频率功能
四.第二阶段的学习总结
这是模拟电路前工程化课程第二阶段实战作业，这一阶段主要围绕根据需求如何产生信号来讲解，其中对常见DAC和DDS的方法进行了一些讲解，并且还有一些实践操作，让自己对LTSpice，以及ADI的一些常用工具多了了解，同时对PWM也有了更直观的认识，这个阶段的实战项目让我对模拟电路有了更多直观的了解，这些机会非常难得，接下来准备第三阶段的实战项目，再接再励，让这个课程有圆满的结束，也让自己对编程，线路搭建，器件选型有更深刻的了解，非常感谢硬禾学堂。
wykhucuyuu
冷月烟