数字波形合 成器

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1、电子技术课程设计课题名称：数字波形合成器的设计1.实验目的1.1掌握数字波形合成器的基本设计方法和整体电路实现；1.2熟悉各功能模块单元电路的具体设计方法和工作原理（脉冲发生器、分频器、数字模拟转换以及低通滤波器）。1.3进一步熟悉电子电路的设计方法。1.4进一步熟悉电路设计过程中EDA方法以及各种电子器件的使用方法。2.实验要求2.1设计一个具有高频率稳定度和高相位稳定度的两相正弦信号源。2.2两相正弦信号频率f=400Hz。2.3两相信号A、B之间相位差90°。2.4幅值=5V±0.2V。3.实验仪器、主要元器件3.1振荡电路:NE555*1；电阻1kΩ

2、*1,15kΩ电位器*1；电容0.01uF*23.2分频器：CD4013双D触发器*33.3两路正弦加权DAC：电阻1MΩ*4、370kΩ*4、270kΩ*4、135kΩ*2、68kΩ*2；uA741*23.4两路LPF:电阻91k*4；电容2200pF*2、8800pF*2；uA741*23.5其它必要设备或元器件：直流稳压电源；导线若干；示波器；万用表；镊子；剥线钳；面包板；4.课题分析及方案论证4.1课题分析在某些场合对于信号的频率、相位以及失真度要求较高。例如，在精密陀螺测试中，对于400Hz三相正弦电源的这些参数要求就很严格。如果这些指标不满足，将

3、会使陀螺角动量变化，电动机升温，产生干扰力矩，从而影响电动机的正常工作和测试。课题的实现方案有多种，采用石英晶体振荡器、分频器、D/A转换器构成的数字波形合成方案，是实现高频率和相位稳定性的一种较好方案，由于采用了具有较高频率稳定性的石英晶体和数字合成技术，因此使系统精度高，功能强，成本低，体积小，容易实现技术指标的要求。4.2方案论证数字波形的合成原理简单，从理论上说，这个方法可以合成任意波形，这里要合成正弦波。假设要合成的正弦波频率为f、幅值为Vm，首先把它的一个周期分为N等分，用具有N个阶梯的正弦波来逼近所要求的正弦波,N越大，其逼近程度越好，但同时电

4、路实现也越复杂。所以要综合考虑这两方面的因素。根据技术指标的要求，合理选择N值。数字波形合成器的首要任务就是合成这种阶梯波，然后通过LPF把其中的高次谐波分量滤除，就获得了所需正弦波。脉冲发生器的振荡频率F与正弦波的频率f的关系为F=Nf。其中，N为分频器的分频系数（或称计数器的有效状态）。可见分频器的输出频率与正弦波的频率相等，都是f=F/N。分频器的N个有效状态与正弦波的N等分对应，也就是与阶梯波的N个阶梯对应，设分频器的N个有效状态为m0、m1、m2······mN-1,它们与正弦阶梯的对应关系可人为指定，m0对应-sin90°，m1对应-sin30°

5、，···，以此类推。只要把上述状态变量经正弦加权的D/A转换器，即各状态输出去控制它所对应的权电阻（该权电阻值等于该状态所对应的正弦值），这样DAC的输出就是所要求的阶梯正弦波。当要求输出多路正弦波，并要求其相位差为Φ角时，由于计数器的N个状态对应阶梯正弦波的N个阶梯,所以计数器的每两个相临状态在相位上相差360°/N,若要求两路正弦波输出信号相差Φ角,则要求两路阶梯波对应的阶梯错开M个计数状态。即Φ=M·360°/N。例如:若要求两路正弦波输出信号相差90度,当取N等于12时,则M等于3,即两路阶梯波对应的阶梯应错开3个计数状态。综上所述：要输入w路正弦信

6、号，必须有w个正弦加权D/A转换器，其权电阻解码网络中各权电阻与参考电路相同，电压源的接通受计数器的各有效状态输出控制。4.3方案实现4.3.1振荡器为了获得4.8Khz的时钟频率，不采用石英振荡器时。使用集成555定时器改成多谐振荡电器。多谐振荡器是具有两个赞稳态的振荡电路，它不需要外加信号，就能产生一定重复频率和一定脉宽的矩形波脉冲信号。当提供给触发器频率稳定的方波时可以更可靠的产生合格的波形。为此采用占空比可调的多谐振荡器。电路图如图4.3.1。5图4.3.1占空比可调的多谐振荡电路f=1(R1+2R2)Cln2；当实际电路工作时，可通过调节R2电位器

7、使输出波形频率为4.8Khz.同时占空比q=R1+R2R1+2R2；当波形频率为4.8Khz时占空比为50%左右，能够满足要求。4.3.3N分频器。采用6位扭环形计数器，N=12，用3片CD4013实现。原理图如图4.3.3所示。以Q1、Q2、Q3、Q4、Q5、Q6作为状态输出变量，那么在计数器12个有效状态循环周期中有如下特点：在前半周期中，每次状态转换后Q1~Q6依次增加“1”；而后半周期依次减少“1”。若把每一个“1”作为阶梯波的台阶，即每增加一个“1”时模拟电压输出量上升一个台阶，每减少一个“1”时下降相应的一个台阶，这就是权电阻增量方式的设想。当然

8、，各个台阶的幅度都不相等，只要使幅度对应于各台阶间阶