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波形发生论文
波形发生器
摘要: 本系统以模拟电路为核心,以MSP430 为控制器,设计一个波形发生器。该波形发生器采集其输出信号的频率、幅度信息并进行反馈,实现了对输出信号的精准控制。另外,本波形发生器还实现了FM、AM 功能,人机界面由液晶屏和键盘构成,使用方便。本系统有效地使用了MSP430 的片内资源,将数字电路与模拟电路高效地融合到一起,配合自动控制算法,实现波形输出。
关键词:波形发生器;闭环控制;AM;FM
Waveform generator
Abstract: This waveform generator combines an analog core circuit and a digital
control system based on MSP430. It forms a closed loop feedback system which can
track and capture both the frequency and the voltage of its output. In addition, the
waveform generator also has FM, AM function and a man-machine interface
composed of LCD and keyboard.
This system uses the resource in MSP430 effectively. It combines analog circuit
and digital circuit to satisfy all the requirement of the subject.
Key words: waveform generator;closed-loop contro;AM;FM
1系统总体框架
本系统的基本工作原理是这样的:系统上电后,MSP430自动选通一路继电器,将电容组中的一个电容接到电路中,并通过2路DA输出2个默认电压值,使恒流源开始工作(对电容进行充放电)。此时电路开始自激,产生出频率相同的方波、三角波、正弦波以及TTL信号。真有效值测量电路检测三角波的有效值,并将该电压值送至MSP430的ADC接口,MSP430通过调节其输出的一个PWM信号的占空比来控制一个直流电压信号,该信号输入到乘法器,对输出信号的幅度进行调整,直至ADC检测到的电压值与缺省值相等为止。同时,MSP430对输出的TTL信号的频率进行采样,若采样结果与预期值不同,则MSP430对两路DA的输出进行调整,进而调整输出频率,使其趋向于预期值。用户可以通过键盘输入所需的波形,并设置其频率、幅度。系统将根据用户输入的信息自动调整输出的波形,使其各项参数稳定在用户设置的值上。
1.1三角波变正弦波电路
1.1.1 使用低通滤波器将三角波变为正弦波将三角波按傅立叶级数展开:
(1—1)
其中Um是三角波的幅值,由该公式知,只要设计一个低通滤波器,使其截止频率大于三角波的基波频率且小于三角波的三次谐波频率。即可将三角波变为正弦波。
1.1.2 使用折线法(逐次逼近法)将三角波变为正弦波
折线法的原理,即对三角波的边进行分段,改变各个段的斜率,即可将三角波近似地“折”成正弦波。
方案选用:方案1 的优点是输出波形较为标准,缺点是三角波的频率只能在小范围内变化,否则很难对其进行正确的滤波。方案2 输出波形的频谱不纯净,波形质量不如方案1,但其输出波形的质量与输入波形的频率无关,波形无明显失真。考虑到本次比赛要求输出波形的频率能在10 Hz 至100 kHz 间连续可调,故采用方案2。
1.2三角波信号幅度测量、反馈电路
1.2.1 测量输出信号的峰值,并用其作为反馈信号可以采用峰值检波电路实现对峰值的测量。
电路图如图2 所示。图中的器件需满足以下不等式:(1)Rd+rdT min,(2)RL*CT max,其中C 为充电电容,RL为等效负载电阻,T min 和T max 为u(t)的最小和最大周期。用峰值检波测出的峰值存在波动,其平均值略小于实际峰值,其差量(负差值)取决与满足上述两个不等式的程度。
1.2.2 测量输出信号的有效值,并用其作为反馈信号
可以采用ADI 公司的专用集成芯片AD736来测量输出信号的真有效值,并通过示波器测量出峰值。计算出输出波形的波峰因数,并将它们存储在控制系统中。这样便可以通过测量真有效值的方法,求得峰峰值。方案选用:此峰值检测电路应用于频率变化的波形发生器中,如采用方案1,要达到好的效果,必须时刻满足两个不等式,需要调节电路中电阻值或电容值,不易实现且误差较大。而方案2采用集成芯片简单可行,检测效果好,故本项目中采用了此方案。
1.2.3输出波形幅度调节电路
(1) 基于运
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