【正文】 但是 價(jià)格昂貴，且把一個(gè) FPGA 小系統(tǒng)就讓它完成一個(gè)分頻的功能也非常的浪費(fèi)資源，結(jié)合到各方面的因素我們就采用方案 二 ，用純數(shù)字電路來完成分頻，這樣價(jià)格便宜而且能很好的完成指標(biāo)，唯一就是硬件的連線比較復(fù)雜，要事先設(shè)計(jì)安排布線。 電路如下圖所示： 1G N DN C6 M H Z 晶 振V C CO U T234整 形電 路C L K 圖 5 方波振蕩電路 分頻器 方案 一 ：利用 VHDL 語言對(duì) FPGA 編程直接 對(duì) 6MHz 晶振產(chǎn)生的方波進(jìn)行分頻 ，這樣做簡(jiǎn)單方便硬件電路少，就是有點(diǎn)浪費(fèi)了 FPGA 的資源 。 三 、軟硬件設(shè)計(jì) （一）硬件設(shè)計(jì) 方波振蕩電路 方案 1：直接采用 6 MHz 晶振。其系統(tǒng)框圖如下所示： 江蘇技術(shù)師范學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（正文） 第 6頁 共 46頁 圖 3 系 統(tǒng)整體框圖 二、理論基礎(chǔ) 方波信號(hào)由基波成分和若干個(gè)諧波成分構(gòu)成 任何具有周期為 T的波函數(shù) f(t)都 可 以 表 示 為 三 角 函 數(shù) 所 構(gòu) 成 的 級(jí) 數(shù) 之 和 ， 即 ：? ? ? ?0 11 c o s s in2 nnnf t a a n t b n t??????? ， 2T??? ； 本作品根據(jù)這一理論原理制作而成。 方案三：利用單片機(jī)時(shí)鐘信號(hào)，通過軟件編程實(shí)現(xiàn)輸出 10kHz 方波信號(hào)。 圖 2 利用基波和 3 次諧波合成的近似方波 發(fā)揮部分 （ 1）再產(chǎn)生 50kHz 的正弦信號(hào)作為 5 次諧波，參與信號(hào)合成，使合成的波形更接近于方波； （ 2）根據(jù)三角波諧波的組成關(guān)系，設(shè)計(jì)一個(gè)新的信號(hào)合成電路，將產(chǎn)生的10kHz、 30kHz 等各個(gè)正弦信號(hào)，合成一個(gè)近似的三角波形； 江蘇技術(shù)師范學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（正文） 第 5頁 共 46頁 （ 3） 設(shè)計(jì)制作一個(gè)能對(duì)各個(gè)正弦信號(hào)的幅度進(jìn)行測(cè)量和數(shù)字顯示的電路，測(cè)量誤差不大于 ?5％ ； （ 4）其他。近 幾 年間，隨著微電子技術(shù)的迅速發(fā)展，直接數(shù)字頻率合成器 (Direct Digital Frequency Synthesis 簡(jiǎn)稱 DDS 或 DDFS)得到了飛速的發(fā)展，它以有別于其它頻率合成方法的優(yōu)越性能和特點(diǎn)成為現(xiàn)代頻率合成技術(shù)中的佼佼者。其主要優(yōu)點(diǎn)有： (1)頻率轉(zhuǎn)換快：DDS 頻率轉(zhuǎn)換時(shí)間短，一般在納秒級(jí)； (2)分辨率高：大多數(shù) DDS 可提供的頻率分辨率在 1 Hz 數(shù) 量級(jí)，許多可達(dá) 0． 001 Hz； (3)頻率合成范圍寬； (4)相位噪聲低，信號(hào)純度高； (5)可控制相位： DDS 可方便地控制輸出信號(hào)的相位，在頻率變換時(shí)也能保持相位聯(lián)系； (6)生成的正弦／余弦信號(hào)正交特性好等。 隨著數(shù)字技 術(shù)的飛速發(fā)展， 在現(xiàn)代電子學(xué)的各個(gè)領(lǐng)域，常常需要高精度且頻率可方便調(diào)節(jié)的信號(hào)源。 To achieve kHz kHz, 30 October all sinusoidal signal amplitude measurements and display. Key word: sine wave and squarewave, triangle wave 江蘇技術(shù)師范學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（正文） 第 3頁 共 46頁 前 言 信號(hào)波形合成作為一種基本電子設(shè)備必要的系統(tǒng)，無論是在教學(xué)、科研還是在部隊(duì)技術(shù)保障中，都有著廣泛的使用。 Phase shifting work control input and output signal of the phase difference between。 關(guān)鍵字 ： 正弦波、方波、三角波 Abstract: the system design a signal waveform synthesis circuits, systems include: crystal resonance and auxiliary plastic circuit consists of square wave oscillator circuit, produce square wave signal。 Using 74HC161N etc points, highfrequency pulse frequency circuit convert kHz, 30 October kHz etc. Each sine signals。 Addition of plete multiple signal circuit synthesis。信號(hào)波形合成作為一種通用電子測(cè)試儀器的組成是軍隊(duì)進(jìn)行科技戰(zhàn)爭(zhēng)不可缺少的一種測(cè)試儀器。尤其是隨著通信事業(yè)的發(fā)展，頻道的分布日趨密集，要求有高精度、高穩(wěn)定度的通信頻率。因此，利用 DDS 技術(shù)特別容易產(chǎn)生頻率快速轉(zhuǎn)換、分辨率高 、相位可控的信號(hào)，這在電子測(cè)量、雷達(dá)系統(tǒng)、調(diào)頻通信、電子對(duì)抗等 領(lǐng)域具有十分廣泛的應(yīng)用前景 。具體體現(xiàn)在相對(duì)帶寬、頻率轉(zhuǎn)換時(shí)間短、頻率分辨率高、輸出相位連續(xù)、可產(chǎn)生寬帶正交信號(hào)及其他多種調(diào)制信號(hào)、可編程和全數(shù)字化、控制靈活方便等方面，并具有江蘇技術(shù)師范學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（正文） 第 4頁 共 46頁 極高的性價(jià)比。 二 系 統(tǒng) 設(shè)計(jì) 方案 方案一： 采用 555 多諧振蕩電路 來 產(chǎn)生方波信號(hào)， 這樣電路簡(jiǎn)單頻率可調(diào)，但是從 555 諧振電路出來的方波， 占空比難以調(diào)節(jié) ，信號(hào)不穩(wěn)定 ， 可靠 性低 ， 不利于后級(jí)電路的調(diào)節(jié)，故不采用此方案。實(shí)現(xiàn)起來相對(duì)較容易，但若沒有時(shí)間做本參賽題的發(fā)揮部分，大材小用了。 X 軸X 軸 圖 4 方波（左）三角波（右） 所謂周期性函數(shù)的傅里葉分解就是將周期性函數(shù)展開成直流分量、基波和所有ｎ階諧波的迭加。 由于晶振可靠穩(wěn)定 ， 產(chǎn)生的 方波波形質(zhì)量好，對(duì)于后級(jí)電路波形的調(diào)節(jié)有幫 助。 方案 二 ：采用 74HC161 進(jìn)行 計(jì)數(shù)再通過 74HC204 輸入與非門給 74HC161 清零最后連 到 D觸發(fā)器再 2 分頻一次 。 減法電路 方案 一 ： 采用由 OP07CP 組成的電路， 很簡(jiǎn)單其實(shí)就是在含有正電壓的波形中，在反相輸入端引入一個(gè) 可以通過調(diào)節(jié) R R2 來控制 的直流電平信號(hào)來減去原本的波形中的直流成分 ， 實(shí)現(xiàn) 單極性 向雙極性轉(zhuǎn)換 ,使濾波出來的正弦波能夠?yàn)V去直流成分，轉(zhuǎn)換成正負(fù)相間的正弦波。 V iVoR1R6R5R4R3R2V C CU 1 圖 8 減法電路 江蘇技術(shù)師范學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（正文） 第 10頁 共 46頁 濾波電路 方案一：無源濾波。還可提供電壓增益。 方案 四 ：低通濾波電路。 其電路仿真與測(cè)試 結(jié)果 見 后圖 12。 江蘇技術(shù)師范學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（正文） 第 11頁 共 46頁 C1C2R1R2R3R4R5R6R7VoViU 1U 2U 3R8 圖 13 移相硬件實(shí)現(xiàn)電路 移相網(wǎng)絡(luò)的傳遞函數(shù)： 223 1 2 2229 0 ( )1 iR S CU U a r c tg R CR S C ???? ? ?? (71) 2 3 14 311 ()iiU R S C U a r c t g R C??? ? ?? (72) 設(shè)圖 13中滑動(dòng)變阻器 8R 、 9R 、 1R 的比例系數(shù)為 ? （ 0? ? ? 1），根據(jù)疊加定理， 得出網(wǎng)絡(luò)的傳遞函數(shù) 為 ? ? 22 2 3 1 2 222 2 3 1 2 2 3 1(1 )1 ( )R C R C R C jHj R C R C R C R C j? ? ? ?? ??? ? ?? ? ? ? （ 73） 本電路按（ ??60 ～ ?60 ）的移動(dòng)范圍設(shè)計(jì)的，即由式（ 71）（ 72） 1 2 290 ( )ar ctg R C?????＝ ?60 ， 2 3 1()arctg R C???? ＝ ??60 得出 : 3111 ?CR? , 322 ?CR? （ 74） 此時(shí)的傳遞函數(shù)為： ? ? ? ?1(1 2 )31( 3 )3HjjHj???????? （ 75） 江蘇技術(shù)師范學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（正文） 第 12頁 共 46頁 相移隨 ? 的變化關(guān)系為： ? ? ? ?a r 3 2 1c tg? ? ?? ? ????? （ 76） 從上述公式中 看出 ，可以通過調(diào)節(jié) 電路中 電阻、電容 值，來控制輸入與輸出波形 間的相位差 ，使它們之間的相位差越小越好 。其中 AV= 10464 RPRRP ??? ， RP4 取 50 kΩ。 但是由于芯片比較貴，為江蘇技術(shù)師范學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（正文） 第 13頁 共 46頁 了解決本系統(tǒng)的要求換其他芯片調(diào)怕效果沒那么好，最后還是在朱雷老師的幫助下在創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)室借了一塊 AD637，在最后調(diào)試時(shí)輸出還是會(huì)有衰減，我們還是通過軟件引入了補(bǔ)償誤差，使得系統(tǒng)在最后顯示時(shí)能滿足 ?5％ 的誤差。是目前國(guó)內(nèi)應(yīng)用最廣泛的 8 位通用 A/D 芯片 。 6）工作溫度范圍為 40～ +85 攝氏度 7）低功耗，約 15mW。 江蘇技術(shù)師范學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（正文） 第 15頁 共 46頁 圖 16 通道選擇表 3．外部特性（引腳功能） ADC0809 芯片為 28 引腳為雙列直插式封裝，其引腳排列見圖 17。 START 上升沿時(shí)，復(fù)位 ADC0809； START 下降沿時(shí)啟動(dòng)芯片，開始進(jìn)行 A/D 轉(zhuǎn)換；在 A/D 轉(zhuǎn)換期間， START 應(yīng)保持 低電平。 CLK—— 時(shí)鐘信號(hào)。使用中該狀態(tài)信號(hào)即可作為查詢的狀態(tài)標(biāo)志，又可作為中斷請(qǐng)求信號(hào)使用。用于控制三態(tài)輸出鎖存器向單片機(jī)輸出轉(zhuǎn)換得到的數(shù)據(jù)。其典型值為 +5V(Vref(+)=+5V, Vref()=5V). GND：地。同樣，要使得 ADC0809正常工作，我們依然首先需要仔細(xì)的閱讀其使用手冊(cè)。 2．延時(shí)等待轉(zhuǎn)換結(jié)束： 依然由圖 17 中的上部“ FIGURE 10A”可知，由拉低/WR 信號(hào)啟動(dòng) AD采樣后，經(jīng)過 1 到 8 個(gè) Tclk+INTERNAL Tc 延時(shí)后， AD 轉(zhuǎn)換結(jié)束，因此，啟動(dòng)轉(zhuǎn)換后必須加入一個(gè)延時(shí)以等待 AD 采樣結(jié)束。 ： 由圖 18 的下部“ FIGURE 10B”可知，采樣轉(zhuǎn)換完畢后，再 /CS 信號(hào)為低的前提下，將 /RD 腳由高電平拉成低電平后，經(jīng)過 tACC的延時(shí)即可從 DB 腳讀出有效的采樣結(jié)果。 對(duì)于任何一個(gè) A/D采樣器而言，其轉(zhuǎn)換公式如下： 江蘇技術(shù)師范學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（正文） 第 19頁 共 46頁 ()m a xD s a m p leV o u t V r e fD?? 其中 : Vout :輸入 ADC 的模擬電壓值。 ADC0809 為八位 ADC,因此8m ax 2 256D ?? Vref ： ADC 參考電壓值，本試驗(yàn) ADC0809 的 Vref 被設(shè)置為 5V 因此，對(duì)于本試驗(yàn)，轉(zhuǎn)換公式為： ( ) 5256D s a m p leV o u t V?? ADC0809是屬于連續(xù)漸進(jìn)式（ Successive Approximation Method）的 A/D轉(zhuǎn)換器，這類型的 A/D 轉(zhuǎn)換器除了轉(zhuǎn)換速度快（幾十至幾百 us）、分辨率 高外，還有價(jià)錢便宜的優(yōu)點(diǎn)，普遍被應(yīng)用于微電腦的接口設(shè)計(jì)上。常用二進(jìn)制的位數(shù)表示。量化誤差是 ADC 的有限位數(shù)對(duì)模擬量進(jìn)行量化而引起的誤差。假定 ADC 沒有非線性誤差，則其轉(zhuǎn)換特性曲線各階梯中點(diǎn)的連線必定是直122122 數(shù)字輸出模擬電壓輸入0000010020030040050060071 LSB數(shù)字輸出模擬電壓輸入0000010020030040050060071 / 2 LSB江蘇技術(shù)師范學(xué)院畢業(yè)設(shè)計(jì)（正文） 第 21頁 共 46頁 線，這條直線與橫軸相交點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的輸入電壓值就是偏移誤差。 （ 6） 絕對(duì)精度 在一個(gè)轉(zhuǎn)換器中，任何數(shù)碼所對(duì)應(yīng)的實(shí)際模擬量輸入與理論模擬輸入之差的最大值，稱為絕對(duì)精度。 5：在本系統(tǒng)中的應(yīng)用 以上對(duì) ADC0809的介紹大家肯定已經(jīng)有所了解，現(xiàn)在介紹一下它在本系統(tǒng)中的應(yīng)用。單片機(jī)內(nèi)部接受到數(shù)字信號(hào)后是直接轉(zhuǎn)換成十進(jìn)制代碼的也就是 :0~255(00000000~11111111)，最后只要把采樣到的數(shù)字信號(hào)通過編程由單片機(jī)自己處理 在數(shù)碼管上顯示。其將通用的微處理器和 Flash 存儲(chǔ)器結(jié)合在一起，特別是可反復(fù)擦寫的 Flash 存儲(chǔ)器可有效地降低開發(fā)成