双相信号发生器报告.doc

加密号： 加密号： 学校编号：NEFU-A-01 学校名称：东北林业大学 队员姓名：许雷 王国发 刘祥玲 赛点负责人：张朋涛 教务处章： 2010年9月27日 双相信号发生器设计报告 目 录 一、系统方案 1. 方案比较与选择 2. 总体方案 二、理论分析与计算 1. 方波及矩形波的理论与参数计算 2. 正弦波变换器的理论与参数计算 3. 相位差的理论与参数计算 4. 占空比的理论与参数计算 三、电路设计 1. 方波及矩形波发生电路设计 2. 正弦波变换器电路设计 3. 幅度控制电路设计 4. 输出控制及功率放大电路设计 5. 单片机系统电路设计 四、程序设计 1. 主程序设计 2. 显示与键盘程序设计 3. 频率设置程序设计 4. 相位差设置程序设计 5. 占空比设置程序设计 6. 幅度设置程序设计 7. ASK、FSK及信号输出控制程序设计 五、测试方案与结果 1. 测试方案 2. 测试仪器 3. 测试数据 4. 测试结果分析 六、结论 附录：FPGA内部电路原理图 一、系统方案 1. 方案比较与选择 （1）采用专用DDS芯片方法 专用DDS芯片可输出150MHz以上的信号，配合其他电路容易实现双相信号的相位设定、FSK、ASK、占空比调节等功能。但题目不容许使用，所以该方案应放弃。 （2）直接输出矩形波的DDS方法1 由FPGA或SOPC器件设计DDS方波发生器，再对矩形波进行积分，产生三角波，对三角波进行折线变换产生正弦波；由于不容许使用DAC变换器，可采用数字电位器进行幅度设置。但正弦波通带平坦度只调到25%，不能满足指标要求。而且数字电位器仍然属于DAC类器件。只好中途放弃。 （3）直接输出矩形波的DDS方法2 由FPGA设计DDS方波发生器，采用开关电容滤波器进行波形变换，通带平坦度达到2%；采用F/V变换结合模拟乘法器进行幅度设置；符合题目要求，采用该方案。 2. 总体方案 本系统的总体结构如图1所示。 图1：系统总体结构 二、理论分析与计算 1. 方波及矩形波的理论与参数计算 DDS双相信号发生器的每一路结构如图2所示。 采用=10 MHz晶振，相位累加器为M=20位。输出频率为：， 图2：DDS双相信号发生器结构 N为15位频率控制字。频率步进值为9.5367Hz。频率上下限为Hz、 Hz。可以满足8kHz-12kHz频率范围、步进值不大于100Hz的要求。 2. 正弦波变换器的理论与参数计算 矩形波的傅里叶展开式为： 如果用低通滤波器滤除三次谐波及以上的信号，只剩下基波分量，就实现矩形波到正弦波的变换。题目要求最高频率为12kHz。考虑过渡带，可以确定截止频率为15 kHz ~20 kHz较好。 3. 相位差的理论与参数计算 在相位累加器的高位结果上再加一个常量Φ即可产生需要的相位偏移。相位偏移器和相位寄存器分别为M=20和N=15位，则相位增量为，满足要求。 4. 占空比的理论与参数计算 占空比寄存器的内容与相位偏移器的高位结果比较，如果小于等于，则输出高电平，否则输出低电平。这样，占空比寄存器的内容就决定了输出信号高电平的持续时间，从而调节占空比。占空比寄存器是N=15位，则占空比增量为，满足要求。 三、电路设计 1. 方波及矩形波发生电路 如图3所示。采用EPM10K10实现DDS功能，输出四路方波信号，两路用于产生正弦波、两路用于幅度控制。没有采用波形表方式，而采用相位比较方式。各种设置参数通过键盘送给单片机AT89C55，由单片机通过接口设置DDS的各相关参数。键盘和LED显示由HD8279完成。EPM10K10内部电路细节见附件。 图3：方波及矩形波发生电路 2. 正弦波变换器电路 图4：正弦波变换电路 输入TTL方波信号由J1输入，经U1A变成正负对称的矩形波，再经低通滤波器LTC1063CN8变为正弦信号，低通滤波器的截止频率由R9和C4 决定。经试验取R9=26.8K,C4=15PF。为了满足输出部分模拟乘法器AD835输入±1V的要求，在LTC1063之前又增加了幅度调整电路U1B：LF353。 3. F/V变换电路 如图5。不容许使用任何DAC电路，因此采用U5:LM331和二阶低通滤波器U5A进行F/V变换，频率--电压关系为。后接放大电路U5B实现±1V幅度衰减。频率-电压变换关系为1~10kHz----0~1.0000V 图5：F/V变换电路 4. 信号选择电路 图5：信号选择电路 采用MAX339选择正弦、方波/矩形波、ASK、FSK信号输出。调制信号TZ来自单片机。MAX339输出送给AD835的X输入端。 5. 幅度调节及功率放大电路 如图6。采用模拟乘法器AD835实现幅度调节，其输入输出关系为W=。在电路中近似有Z=0，