《电子设计》PPT课件

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1、数字&系统设计部分第三讲信号发生器设计杭州电子科技大学电子信息学院电子系统集成技术研究所正弦信号发生器DDS方法设计要求设计一个函数信号发生器输出1Hz～1MHz正弦波输出幅度4V负载电阻100Ω频率步进1Hz用模拟方法设计信号发生器RLC振荡器晶体振荡器文氏电桥……都不能够步进1Hz！频带也太宽了！RC振荡器缺点：稳定度不好电容：不够精确、受外界温度影响电阻晶体振荡器优点：稳定度高缺点：频率几乎不可调节文氏电桥缺点：电位器调节频率F007：早期运放现在已经淘汰数字方法DDSDirectDigitalSynthesis直接数字合成DDS广泛应用于现代数字通信中频率

2、数控、调制解调（FM、PSK、QPSK、QAM……）数字方式产生波形的原理量化的梯形波量化的正弦波带阶梯正弦波正弦波离散值离散值模拟值模拟值计数器正弦ROM表D/A输出滤波输出数字电路存储器数模混合电路模拟滤波电路DDS原理框图FW为频率字，N为累加器位宽，M为ROM查找表位宽输出频率标准频率正弦波的一种数学表述y=sin(2πft)正弦值：单位圆上O点到圆周的轴与y轴正半轴夹角的正弦值为轴与圆周的交点在x轴上的投影正弦波：如果轴以2πf角速度匀速转动，投影按时间轴展开，即为正弦波关键点：匀速相位变化投影关系实现数字量化相位累加器M取N的高

3、M位如果：当频率字FW=1的时候，经过1s，相位累加器的输出从取M位后为1～1023ROM查找表放一个大小为的正弦表格当ROM表格的输出正好是1Hz的正弦波形的离散值当ROM表格的输出在1s里面正弦波形循环了2次正好是2Hz的正弦波形的离散值FW=y？当ROM表格的输出在1s里面正弦波形循环了y次正好是yHz的正弦波形的离散值硬件设计方案数字部分采用FPGAAlteraCycloneIIEP2C8Q208C8微控制器采用32位MCUSTM32F103RBT6（ARMCortex-M3Core）VHDL程序片断LIBRARYIEEE;--32位加法器+寄存器模块US

4、EIEEE.STD_LOGIC_1164.ALL;USEIEEE.STD_LOGIC_UNSIGNED.ALL;ENTITYADDER32BISPORT(A，B:INSTD_LOGIC_VECTOR(31DOWNTO0);clk:INSTD_LOGIC;S:OUTSTD_LOGIC_VECTOR(31DOWNTO0));ENDADDER32B;ARCHITECTUREbehavOFADDER32BISBEGINprocess(clk)beginIFclkd'EVENTANDclk='1'THENS<=A+B;endprocess;ENDbehav;可以使用C/C+

5、+来生成rom数据#include#include"math.h"main(){inti;floats;for(i=0;i<1024;i++){s=sin(atan(1)*8*i/1024);printf("%d:%d;",i,(int)((s+1)*1023/2));}}把上述程序编译成程序后，可在DOS命令行下执行命令：romgen>sin_rom.mif;使用VC++D/A数模转换器高速D/A10bitsTHS5651A125MSPS运放TI视频高速运放采用专用芯片AD9850DDS优点：频率精确，极高的分辨率快速的频率转换时间步进间隔

6、数字可调频带很宽不足之处：相位抖动成本较高正交信号发生器两路输出的DDS数字移相信号发生器设计双路正弦波发生同频率，但是相位偏移相位控制任意波形发生器修改ROM表产生任意的周期波形任意波形的周期频率可控波形形状修改可以在短时间内完成幅度控制四象限电流型D/A模拟乘法器数字调幅方法：在ROM表后加数字乘法器全功能的DDS芯片AD9854300MHz双路调频、调相、调幅另外一种方法PLLPhaseLockedLoop锁相环数字锁相环PLLPLL框图与各部分作用各部分的作用PD————产生误差电压LF————产生控制电压VCO————产生瞬时输出频率●▲▲▲●框图PLL

7、原理PLL环路在某一因素作用下，利用输入与输出信号的相位差产生误差电压，并滤除其中非线性成分与噪声后的纯净控制信号控制压控振荡器，使朝着缩小固有角频差方向变化，一旦趋向很小常数（称为剩余相位差）时，则锁相环路被锁定了，即充分必要条件●●原理如果相位差恒定，频率就一定相等未锁定锁定锁相频率合成器下变频型的单环频率合成器双模前置分频器型单环频率合成器多环频率合成器小数分频频率合成器频率合成器PLL+DDS优点：频率精准波形良好数字控制频率调节PWM信号发生DC-DC直流电机驱动TL494SG3842MCUSPWMDC-AC单相SPWM自然采样法三角波----计数器实现

8、正弦波--