波形发生器实验报告-陈雷、范广腾、范晓雷

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1、波形发生器（A题）设计报告学员：范广腾200604013009陈雷200604013012范晓雷200604014027摘要本系统主要以单片机为控制核心，由FPGA模块、键盘输入模块、LED显示模块、DA转换输出、巴特沃斯有源低通滤波器等部件组成。采用DDFS技术，该系统具有较宽频率带、步进值小和频率精度高等特点。1.设计任务设计制作一个波形发生器，该波形发生器能产生正弦波、方波、三角波和由用户编辑的特定形状波形。2.设计要求及完成情况汇总2.1.基本要求基本要求项目完成情况具有产生正弦波、方波、三角波三种周期性波形

2、的功能完成用键盘输入编辑生成上述三种波形（同周期）的线性组合波形，以及由基波及其谐波（5次以下）线性组合的波形基本完成具有波形存储功能完成输出波形的频率范围为100Hz～20kHz（非正弦波频率按10次谐波计算）；重复频率可调，频率步进间隔≤100Hz完成（步进间隔95Hz）输出波形幅度范围0～5V（峰-峰值），可按步进0.1V（峰-峰值）调整。完成（步进0.02V）具有显示输出波形的类型、重复频率（周期）和幅度的功能完成设计与总结报告：方案比较、设计与论证，理论分析与计算，电路图及有关设计文件，测试方法与仪器，测试

3、数据及测试结果分析。完成发挥部分输出波形频率范围扩展至100Hz～200kHz完成用键盘或其他输入装置产生任意波形未完成增加稳幅输出功能，当负载变化时，输出电压幅度变化不大于±3%（负载电阻变化范围：100Ω～∞）完成（最大变化±1.2％）未完成具有掉电存储功能，可存储掉电前用户编辑的波形和设置可产生单次或多次（1000次以下）特定波形（如产生1个半周期三角波输出）未完成其它（如增加频谱分析、失真度分析、频率扩展>200kHz、扫频输出等功能）完成（频率扩展至389kHz,正弦波到1MHz）1.方案设计和论证1.1.

4、波形发生器方案1:采用传统的直接颇率合成DS技术。这种方法能实现快速频率变换.具有低相位嗓声以及所有方法中最高的工作濒率。但由于采用大量的倍频，分频、混颇和滤波环节。导致直接频率合成器的结构复杂、体积庞大，成本高、而且容易产生过多的杂散分量。难以达到较高的频谱纯度;更重要的是；这种方法只能实现正弦波，或者进而由积分、微分等方法实现方彼、三角波等标准波形、但却无法实现题目所要求的任意波形。方案2;采用锁相环式频率合成器。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。这种频率合成器具有很好的窄带跟踪特性，可以

5、很好地选择所需频率信号，抑制杂散分量，并且省去了大量的滤波器，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，镇定时间较长，故领率转换时间较长。而且，由模拟方法合成的正弦波的参数，如幅度、频率和相位都很难控制:除此之外，同方案1类似，此方案也无法实现任意波形的输出。方案3;采用直接数字式频率合成器(DirectDigitalFrr-quencySynthesis,简称DDB或DDB).用随机读写存储器RAM存储所需波形的盆化数据.按照不同频率要求以频率控制字k为步进对相位增量进行票加，以票加相位值作为地址码读取

6、存放在存储器内的波形数据.经D/A转换和幅度控制，再滤波即可得所需波形(如图1)。由于DDS具有相对带宽很宽、颇率转换时间极短(可小于20ns)、频率分辨率可以做得很高(典型值为0.001Hz)等优点。另外，全数字化结构便于集成.抽出相位连续.频率、相位和幅度均可实现程控，而且理论上能够实现任意波形，可以完全满足本题目的要求。于是我们采用了此种方案。图1系统流程1.2.幅度控制方案1：采用双数模转换技术，由单片机控制对DAC0800置数.改变其输出电流，经电流/电压转换后通过电阻以电流源的形式作为高速乘法型D/A转换

7、器DAC0800的基准电流，由此即可控单片机控制输出波形的福度。但此种方法不能准确实现步进0.IV的要求，且当基准电平为零时.其物出不一定为零。方案2：采用数控电位器组成的电阻分压网络，但由于数控电位器的分挡数(3挡)不能满足题目的要求.而组合接法又比较复杂，故未采用此种方案。方案3：幅度控制器由DAC0800控制.利用其内部的电阻分压网络，将其作为数控电位器使用。将DAC0800的输出波形作为下一片DAC0800的电压基准源输入，其输出波形幅度将为V=(N/256)xVin,其中N为单片机输人的幅度控制字。我们采用

8、了此种方法。通过一精密可调点压源调整输出为峰一峰值0—10V，再送入次片DAC0800由单片机控制其幅度。从而实现峰一峰值0.1V步进调整。1.1.滤波为了消除波形表生成时所带来的毛刺及生成正弦波时进行数摸转换所产生的高频分量.我们在系统的后级设计了滤波器来提高产生的波形质量。方案1:采用二阶切比雪夫低通滤波器。切比雪夫滤波器的幅度响应在通带内