數(shù)字波形合成器

-!電子技術(shù)課程設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)報(bào)告數(shù)字波形合成器-!-!一、實(shí)驗(yàn)背景在某些場合，對(duì)于信號(hào)的頻率，相位及其失真度要求較高。例如，在精密陀螺測試中，對(duì)于400Hz三相正弦交流電源的這些參數(shù)要求就很嚴(yán)格，它要求頻率穩(wěn)定度△f/f≤0.0001，相位誤差小于等于3度，正弦信號(hào)非線性失真系數(shù)小于1%等。如果這些指標(biāo)不滿足，將會(huì)使陀螺角動(dòng)量變動(dòng)，電動(dòng)機(jī)升溫，產(chǎn)生干擾謝謝閱讀力矩，從而影響陀螺馬達(dá)的正常工作和測試。本課題要求采用數(shù)字合成技術(shù)，通過使用晶體振蕩器，分頻器及D/A轉(zhuǎn)換器等數(shù)字波形合成方案，輸出高頻率相位穩(wěn)定度高的波形。謝謝閱讀二、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?.進(jìn)一步學(xué)習(xí)電子電路系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法和實(shí)驗(yàn)方法；2.進(jìn)一步掌握Multisim仿真設(shè)計(jì)工具;3.著重培養(yǎng)學(xué)生獨(dú)立分析問題和解決問題的能力。三、實(shí)驗(yàn)要求1.設(shè)計(jì)具有高頻率穩(wěn)定度和高相位穩(wěn)定度的兩相正弦信號(hào)源；感謝閱讀2.兩相正弦信號(hào)頻率f=400Hz；3.兩相信號(hào)A、B之間相位差90度；4.幅值Vm=5V±0.2V。四、設(shè)計(jì)原理設(shè)要合成的正弦波頻率為f幅值為U。首先將它的一個(gè)周期分為N等分，感謝閱讀0 m用具有N個(gè)階梯的階梯波來逼近所要求的正弦波，如圖1所示?？梢奛越大，其逼近程度越好，失真也越小。感謝閱讀-!圖1階梯正弦波數(shù)字波形合成器主要就是合成這種階梯波形，然后通過低通濾波器濾除高次諧波分量從而獲得所需的正弦波。圖2為正弦階梯波合成器的原理框圖。其中脈沖發(fā)成器的振蕩頻率F與正弦波的頻率f之間的關(guān)系為精品文檔放心下載FNf 即，fNF式中，N為分頻器的分頻系數(shù)，也稱計(jì)數(shù)器的有效狀態(tài)數(shù)。精品文檔放心下載計(jì)數(shù)器的N個(gè)有效狀態(tài)與正弦波的N等分對(duì)應(yīng)，也就是與階梯波的N個(gè)階梯對(duì)應(yīng)。用上述N個(gè)狀態(tài)變量,分別控制正弦波加權(quán)D/A轉(zhuǎn)換器的權(quán)電阻（該權(quán)電阻值等于該狀態(tài)所對(duì)應(yīng)當(dāng)正弦值），就可以得到階梯正弦波。當(dāng)要求輸出相位差為φ的兩路正弦波時(shí)，兩路階梯波對(duì)應(yīng)的階梯應(yīng)錯(cuò)開M個(gè)計(jì)數(shù)器的狀態(tài)，即感謝閱讀M2N式中，2/M為計(jì)數(shù)器兩個(gè)相鄰狀態(tài)之間的相位差。謝謝閱讀-!五、實(shí)驗(yàn)實(shí)現(xiàn)1.振蕩器把石英晶體與對(duì)稱式多諧振蕩器中的耦合電容串聯(lián)起來就組成圖3所示的石英晶體多諧振蕩器。謝謝閱讀圖3晶體振蕩器由石英晶體的電抗頻率特性可知：當(dāng)外加電壓的頻率為f 時(shí)它的阻抗最小，精品文檔放心下載0所以把它加入多諧振蕩器的正反饋環(huán)路中以后，頻率為 f 的電壓信號(hào)最容易通感謝閱讀0過它，并在電路中形成正反饋，而其他頻率信號(hào)經(jīng)過石英晶體時(shí)被衰減。因此振精品文檔放心下載蕩器的頻率也必然為f .由此可見，石英晶體多諧振蕩器的振蕩頻率取決于石英感謝閱讀0晶體的固有諧振頻率，而與外接電阻，電容無關(guān)。石英晶體的諧振頻率由石英晶感謝閱讀體的結(jié)晶方向和外形尺寸所決定，具有極高的頻率穩(wěn)定性。它的頻率穩(wěn)定度可達(dá)感謝閱讀10e-10—10e-11,可以滿足設(shè)計(jì)要求。N分頻器采用6個(gè)D觸發(fā)器構(gòu)成6位扭環(huán)形計(jì)數(shù)器，實(shí)現(xiàn)12分頻。此時(shí)每一位Q輸出都是400HZ，如圖4所示感謝閱讀-!圖4 6位扭環(huán)形計(jì)數(shù)器計(jì)數(shù)器一共提供了12路輸出，這12路輸出每相鄰兩路相差30度。其時(shí)序圖及增量式階梯正弦波圖如圖5所示。精品文檔放心下載圖56位扭環(huán)形計(jì)數(shù)器時(shí)序圖及增量式階梯正弦波合成原理感謝閱讀-!要求輸出的正弦波相差90，即隔開3個(gè)30。因此第一路的輸出狀感謝閱讀態(tài)變量為Q1

QQQ2 3 4

Q Q,第二路Q5 6 4

Q Q5 6

Q1

Q2

Q3

。3.正弦加權(quán)DAC由電阻網(wǎng)、受數(shù)字控制的模擬開關(guān)、基準(zhǔn)源VR三部分構(gòu)成。感謝閱讀6A相正弦加權(quán)DAC解碼網(wǎng)的特點(diǎn)每位一個(gè)電阻，稱為位電阻，n位需n個(gè)電阻；取值上（電阻），按二進(jìn)制整數(shù)代碼權(quán)的規(guī)律取值：20R、21R、…、2n1R，例如n=8，R=15K，則位感謝閱讀電阻依次為：2015K、2115K、…、2715K；感謝閱讀4.二階低通濾波器(LPF)低通濾波器是用來通過低頻信號(hào)衰減或抑制高頻信號(hào)。如圖7(a)所示，為典型的二階有源低通濾波器。它由兩級(jí)RC濾波環(huán)節(jié)與同相比例運(yùn)算電路組成，其中第一級(jí)電容C接至輸出端，引入適量的正反饋，以改善幅頻特性。圖7（b）為二階低通濾波器幅頻特性曲線。謝謝閱讀-!(a)電路圖 (b)頻率特性圖7 二階低通濾波器電路性能參數(shù)AuP1R二階低通濾波器的通帶增益。Rf1f1截止頻率，它是二階低通濾波器通帶與阻帶的界限頻率。O2πRCQ13A品質(zhì)因數(shù)，影響低通濾波器在截止頻率處幅頻特性的形狀。uP六、總體電路及仿真結(jié)果合成兩相頻率為400赫茲、相位差為90度、幅值為5伏的正弦波信號(hào)電路如圖5所示。波形發(fā)生器可以采用頻率穩(wěn)定性好的石英晶體震蕩電路。這里N進(jìn)制計(jì)數(shù)/分頻器采用六位扭環(huán)型計(jì)數(shù)器,U1～U6為6個(gè)帶有異步置位、復(fù)位端的D型觸發(fā)器。六位扭環(huán)型計(jì)數(shù)器共有12個(gè)狀態(tài)(N=12),每兩個(gè)相鄰狀態(tài)間在相位上相差30度。數(shù)字波形合成器仿真電路圖如圖8所示。謝謝閱讀-!8數(shù)字波形合成器仿真電路圖仿真結(jié)果如圖9所示。圖9仿真結(jié)果-!七、調(diào)試與結(jié)果分析1.濾波電路中沒有合適的電阻值，采用電阻的串聯(lián)完成。精品文檔放心下載2.uA741芯片是有誤差的，尤其是2片輸出的幅值并不是嚴(yán)格相近，當(dāng)然這和外圍電路并不完全一樣有一定關(guān)系。在這時(shí)可以稍微調(diào)節(jié)反饋電阻，使其增加，將輸入增大一些，輸出的幅值改變很明顯；反復(fù)調(diào)節(jié)直到電壓達(dá)到5V±0.2V。謝謝閱讀3.實(shí)驗(yàn)過程中，電阻值很難與理論值選用一致，只能使用大小相近的，這就導(dǎo)致了很多問題，其中波形失真是最為突出的一個(gè)。在調(diào)試時(shí)，最好采用最為相似的組合。謝謝閱讀八、實(shí)驗(yàn)心得首先，使我對(duì)每個(gè)元器件的原理及性能有了更深入的理解和認(rèn)識(shí)，較好的掌握了數(shù)字波形合成器的設(shè)計(jì)、組裝與調(diào)試方法，進(jìn)一步掌握了其工作原理。其次，加深了我對(duì)理論知識(shí)的理解，進(jìn)一步將在書本上面所學(xué)到的只是運(yùn)用到實(shí)際的項(xiàng)目之中，做到了書本與實(shí)踐的相結(jié)合。同時(shí)，進(jìn)一步學(xué)習(xí)了數(shù)電知識(shí)與電子電路系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法和實(shí)驗(yàn)方法。最后，復(fù)習(xí)了Multisim仿真設(shè)計(jì)工具，提升了獨(dú)立分析問題和解決問題的能力；為以后從事電子系統(tǒng)設(shè)計(jì)和開發(fā)應(yīng)用打好基礎(chǔ)。謝謝閱讀九、參考文獻(xiàn)李慶常,王美玲.數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)[M].機(jī)械工業(yè)出版社,2013.謝謝閱讀張玉璞,李慶