信号检测与发生电路设计报告

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1、信号检测与发生电路设计一、方案设计概述电路系统分两部分，一部分是信号的检测，包括频率的检测和幅值的检测；另一部分为信号发生器，主要对输入信号的频率和相位的跟随输出。系统设计框图见图1-1。图1-1信号检测与发生电路系统设计框图输入信号采用的是频率范围为0~100Hz，幅值范围0~5V可调的双极性正弦信号，输入信号幅值的检测采用峰值检波电路来完成，其输出为直流信号，幅值为峰值，然后对检波后的稳压信号进行AD采样，进行相关计算之后即可得到输入信号的幅值大小。输入信号频率的测量是利用外部中断来完成的。再

2、此之前先要将双极性的正弦信号转化为单极性的正弦信号，然后通过门限比较器，转化为可被外部中断所接受的脉冲信号，然后同样可以通过MCU内部处理计算出具体的频率值。正弦信号发生器部分采用SPWM方案来产生频率可调的正弦波。SPWM波是利用查表法来产生，配合定时器来完成频率可调。通过RC低通滤波器后，输出的就是正弦波了。如此，将检测电路中测得的频率值来输出正弦信号即可实现频率的跟随。二、硬件设计2.1峰值检波电路设计图2-1峰值检波原理图2.2交直转换电路设计图2-2同相加法器原理图2.3方波转换电路设计

3、图2-3门限比较器三、软件设计3.1系统流程图图3-1系统流程图3.2SPWM原理SPWM即正弦脉宽调制，就是使脉冲序列的占空比按照正弦规律来排列。当正弦值为最大值时，脉冲的宽度也最大，而脉冲间的间隔则最小，反之，当正弦值较小时，脉冲的宽度也小，而脉冲间的间隔则较大。这样经过低通滤波后，输出的幅值也就随正弦规律而变化即输出正弦波。可采用查表法来实现占空比的调节，具体做法是：用正弦表发生工具生成一个正弦表，本系统设计中用了256个采样点；然后根据正弦表等时间间隔的改变输出脉冲信号的占空比，这样当输出

4、一个完整的256个采样点的时候，经过外部低通滤波后的波形就是一个完整的正弦波。其周期的表达式为：（为SPWM改变一次占空比所需要的时间）则输出正弦信号的频率为PWM频率的1/256，所以只要我们能控制，我们就能控制输出正弦信号的频率了。那么如何控制呢？最容易想到的方法是采用延时，只要延时够精确，比如实现微秒级的延时，就可以实现频率的连续可调。但延时法有一个很大的缺陷，就是延时过后必须回到SPWM的输出，不能执行其他程序，这样系统的CPU就完全被SPWM给占用了。基于此提出一种改进的方案：采用定时来

5、替代延时。想要改变输出信号的频率，只需改变定时器的初值。3.3频率和相位的跟随原理首先来看频率的跟随是如何实现的，在3.2节中介绍SPWM输出正弦波的时候讲到可以通过改变定时器初值的方法来改变输出正弦信号的频率，所以频率的跟随就是将采集到的信号频率经过计算转换为定时器重装时所需要的初值即可。相位的跟随的关键是要实现同步触发，即一检测到输入正弦波正向过零点，就通过SPWM输出正弦表中的第0个点的脉宽值。但是从检测到输入信号正向过零到输出第0点之间还有一段过程，这个过程所消耗的时间会给最终的输出信号带

6、来一定的相移。这个相移可以采用按偏差补偿的方式进行抵消，在实验中观察示波器可知这个相移偏差时间约为800us，取一半的偏差来补偿即可达到很好的效果。三、实验结果实验结果：0~100Hz范围内频率误差<1Hz相位误差为5.04%（100Hz的时候，偏差为504μs）v三、总结整个作品做下来花了六、七天的时间了，时间主要花在做题目所要求的参数，两个问题：一个同频一个同相。做同频的时候，遇到一个问题：在对输入信号进行方波转换的时候，发现在高低电平翻转的时候发生多次抖动，而系统正是靠这个跳变沿来检测频率的

7、，如此一来最后输出的波形频率就不稳定了。究其原因，发现是信号源输出的信号其实不是那么理想，会在门限电压处有些许的抖动，所以造成了输出来的方波也抖动了。信号源的限制只好让我另寻他法，在网上发现有一个叫做迟滞比较器的方案，专门解决这个问题的，只是到最后都没完全成功，只是让输出的方波稍有好转。后来想干脆在比较器输出加个低通滤波滤掉抖动的高频部分，结果也确实好了很多，最终SPWM输出的正弦波只是偶尔的抖动但是另外一个问题就来了：低通滤波造成触发沿向后延迟，导致最后输出也延迟，相位也就偏大了。看来所有的问题

8、都是信号源的不理想（因为是数字合成的）所导致，顾此就不能即彼了。一个偶然的机会发现在比较器输出端加上低通滤波后，只是上升沿便倾斜了，而下降沿并没有受到影响，当然抖动依然存在（这就是为什么加上低通滤波后还会有偶尔抖动的原因）的。想到，若将检测频率的外部中断改为下降沿触发，然后再软件滤掉那些高频抖动的话，相位偏移不就小了？当然比较器就要改为反向比较了。照这个方案问题就迎刃而解了！再观测相位偏移情况，发现始终有约780μs左右的偏移。经试验发现，从输入正弦波到触发中断这之间的偏移有接近2