数字波形合成器.doc

电子技术课程设计
实验报告
数字波形合成器

一、实验背景
在某些场合,对于信号的频率,相位及其失真度要求较高。例如,在精密陀螺测试中,对于400Hz三相正弦交流电源的这些参数要求就很严格,它要求频率稳定度△f/f≤,相位误差小于等于3度,正弦信号非线性失真系数小于1%等。如果这些指标不满足,将会使陀螺角动量变动,电动机升温,产生干扰力矩,从而影响陀螺马达的正常工作和测试。本课题要求采用数字合成技术,通过使用晶体振荡器,分频器及D/A转换器等数字波形合成方案,输出高频率相位稳定度高的波形。
二、实验目的
;
;
。
三、实验要求
;
=400Hz;
、B之间相位差90度;
=5V±。
四、设计原理
设要合成的正弦波频率为幅值为。首先将它的一个周期分为N等分,用具有N个阶梯的阶梯波来逼近所要求的正弦波,如图1所示。可见N越大,其逼近程度越好,失真也越小。
0
u
t
N
1
2
3
图1 阶梯正弦波
数字波形合成器主要就是合成这种阶梯波形,然后通过低通滤波器滤除高次谐波分量从而获得所需的正弦波。图2为正弦阶梯波合成器的原理框图。其中脉冲发成器的振荡频率F与正弦波的频率f之间的关系为
即,
式中,N为分频器的分频系数,也称计数器的有效状态数。
计数器的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。用上述N个状态变量,分别控制正弦波加权D/A转换器的权电阻(该权电阻值等于该状态所对应当正弦值),就可以得到阶梯正弦波。当要求输出相位差为φ的两路正弦波时,两路阶梯波对应的阶梯应错开M个计数器的状态,即
式中,为计数器两个相邻状态之间的相位差。
实验实现

把石英晶体与对称式多谐振荡器中的耦合电容串联起来就组成图3所示的石英晶体多谐振荡器。
图3 晶体振荡器
由石英晶体的电抗频率特性可知:当外加电压的频率为时它的阻抗最小,所以把它加入多谐振荡器的正反馈环路中以后,频率为的电压信号最容易通过它,并在电路中形成正反馈,而其他频率信号经过石英晶体时被衰减。,石英晶体多谐振荡器的振荡频率取决于石英晶体的固有谐振频率,而与外接电阻,电容无关。石英晶体的谐振频率由石英晶体的结晶方向和外形尺寸所决定,具有极高的频率稳定性。它的频率稳定度可达10e-10—10e-11,可以满足设计要求。
N分频器
采用6个D触发器构成6位扭环形计数器,实现12分频。此时每一位Q输出都是400HZ,如图4 所示
图4 6位扭环形计数器
计数器一共提供了12路输出,这12路输出每相邻两路相差30度。其时序图及增量式阶梯正弦波图如图5所示。
图5 6位扭环形计数器时序图及增量式阶梯正弦波合成原理
要求输出的正弦波相差,即隔开3个。因此第一路的输出状态变量为,第二路。

由电阻网、受数字控制的模拟开关、基准源三部分构成。
图6 A相正弦加权DAC
解码网的特点
每位一个电阻,称为位