程控滤波器 正弦波信号发生器.docVIP

正弦波信号发生器 摘要：本设计在分析直接数字频率合成器DDS工作原理的基础上,以80C51单片机和FPGA芯片为主要硬件进行设计。该系统主要包括：波形生成、频率控制、数模转换、键盘控制、液晶显示、滤波模块。其中波形生成采用了Aaltera公司Cyclong系列的EP1C6Q240C8芯片，频率控制通过改变频率控制字实现，D/A转换采用DAC0832芯片,滤波采用二阶低通滤波器,液晶显示通过80C51扫描显示所需结果。测试得到了频率范围10Hz～10kHz，步进10Hz的无失真正弦波输出信号。 关键字：DDS 80c51单片机 FPGA芯片EP1C6Q240C8 键盘控制 液晶显示 目录 一、设计要求 1 1.任务 1 2.基本要求： 1 二、引言 1 2.1整体方案比较 1 方案一 2 方案二 2 方案三 2 2.2整体设计方案及实现方框图 2 三、电路设计与计算 3 3.1软件设计 3 （1）分频器设计 3 （2）相位累加器设计 4 （3）ROM查询表设计 4 （4）键盘和液晶显示 5 3.2硬件设计 5 （1）D/A转换 5 （2）低通滤波器 5 四、测试结果及误差分析 6 五、参考文献 6 一、设计要求 1.任务：设计制作一个正弦信号发生器 2.基本要求： （1）正弦波输出频率范围：10Hz～10kHz； （2）具有频率设置功能，频率步进：10Hz； （3）输出信号频率稳定度：优于； （4）输出电压幅度：在负载电阻上的电压峰-峰值Vopp≥1V； （5）失真度：用示波器观察时无明显失真 二、引言 在信号发生器的设计中，传统的分立元件或通用数字电路设计电子线路的方法设计周期长，花费大，可移植性差。DDS合成技术具有频率转换时间短、频率分辨率高、输出相位可连续、可编程、体积小、重量轻、性价比高等特点。本实验采用DDS合成技术产生正弦波信号，准确地实现了题目要求。 2.1整体方案比较 方案一：采用模拟分立元件或单片函数发生器方案 采用模拟分立元件或单片函数发生器（如8038），可产生正弦波，通过调整外部元件参数可改变输出频率，但由于模拟电路元件本身的离散性、热稳定性差和精度低等缺点,其频率稳定度较差、精度低、抗干扰能力弱、灵活性也不强。 方案二：采用锁相环频率合成技术 锁相式频率合成在一定程度上解决了既要频率稳定精确、又要频率在较大范围可调的矛盾。但输出频率受可变频率范围的影响。利用锁相环，将压控振荡器（VCO）的输出频率锁定在所需频率上。它具有很好的窄带跟踪特性，可以很好地选择所需频率信号，抑制杂散分量，并避免了大量的滤波器，有利于集成化和小型化。但由于锁相环本身是一个惰性环节，锁定时间长，故频率转换时间长， 方案三：采用直接数字式频率合成方案 DDS技术具有输出频率相对带宽较宽，频率转换时间短，频率分频率高，全数字化结构便于集成，以及输出波形频率易于调节的优点，应用比较广泛。加之适当地应用FPGA开发板，可简化焊接过程，同时减小模拟电路中的误差，提高精确度。 综上所述，选择方案三实现题目要求。 2.2整体设计方案及实现方框图 框图说明：本系统采用FPGA实现波形的生成，通过键盘控制输出不同频率波形，LCD显示通过单片机扫描显示，系统框图如图一： 图一：系统框图 三、电路设计与计算 3.1软件设计 整体电路见附图一 （1）分频器设计 本设计最大输出频率为10K,由取样定理，所产生的信号频率不能超过时钟频率的一半，在实际运用中，为了保证信号的输出质量，避免混叠或谐波落入有用输出频带内，输出频率不要高于时钟频率()的33%,即33%=10k, =30303HZ系统提供40MHZ频率，分频为120. 根据以上要求要对40MHZ进行120倍分频。分频器如图二所示： 图二：分频器 （2）相位累加器设计 累加宽度宽度设计：若相位累加器的宽度为N位， 当于2rad,则信号输出的频率=，，设计要求=10HZ, =, N15,即相位累加器宽度为15。 频率控制字(k)宽度设计：频率步进为=10HZ, =10000HZ,K=1000,当频率控制字的位数为10满足设计要求。相位累加器如图三所示: 图三：相位累加器 （3）ROM查询表设计 为充分利用ROM存储量，ROM取地址宽度为13位。ROM中包含一个正弦波查询表，该表中数据通过MATLAB提取后在Quartus中生成查询表，最后放入ROM中。ROM查询表如图四所示： 图四：ROM查询表 （4）键盘和液晶显示 键盘通过VERILOG扫描后需要设置使得键盘可输入1～1000的数值，本设计中采用中断和移位寄存实现该功能。键盘输出值即输出给相位累加器，又送给液晶显示。 液晶通过80C51扫描显示，即显示预先固化的字，又显示