数字波形合成器Word文档下载推荐.docx

1、3.着重培养学生独立分析问题和解决问题的能力。三、实验要求三、实验要求 1.设计具有高频率稳定度和高相位稳定度的两相正弦信号源；2.两相正弦信号频率 f=400Hz；3.两相信号 A、B之间相位差 90 度；4.幅值 Vm=5V 0.2V。四、设计原理四、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。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

2、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 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。5、实验实现、实验实现 1.振荡器振荡器 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

3、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。因此振荡器的频率也必然为 .由此可见，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-1010e-11,可以满足设计要求。2.N 分频器分频器 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

4、 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 。3.正弦加权正弦加权 DAC 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，称为位电阻，n位需 n个电阻；取值上（电阻），按二进制整数代码权的规律取值：、，例如 n=8，R=15K，则位电阻依次为：、；4.二阶低通滤波器二阶低通滤波器（LPF）低通滤波器是用来通过低频信号衰减或抑制高频

5、信号。如图 7（a）所示，为典型的二阶有源低通滤波器。它由两级 RC 滤波环节与同相比例运算电路组成，其中第一级电容 C 接至输出端，引入适量的正反馈，以改善幅频特性。图 7（b）为二阶低通滤波器幅频特性曲线。（a）电路图 （b）频率特性 图 7 二阶低通滤波器 电路性能参数 二阶低通滤波器的通带增益。截止频率，它是二阶低通滤波器通带与阻带的界限频率。品质因数，影响低通滤波器在截止频率处幅频特性的形状。6、总体电路及仿真结果、总体电路及仿真结果 合成两相频率为 400 赫兹、相位差为 90 度、幅值为 5 伏的正弦波信号电路如图 5所示。波形发生器可以采用频率稳定性好的石英晶体震荡电路。这里

6、N 进制计数/分频器采用六位扭环型计数器,U1U6为 6个带有异步置位、复位端的 D 型触发器。六位扭环型计数器共有 12个状态（N=12）,每两个相邻状态间在相位上相差 30 度。数字波形合成器仿真电路图如图 8所示。图 8 数字波形合成器仿真电路图 仿真结果如图 9所示。图 9 仿真结果 七、调试与结果分析七、调试与结果分析 1.滤波电路中没有合适的电阻值，采用电阻的串联完成。2.uA741芯片是有误差的，尤其是 2片输出的幅值并不是严格相近，当然这和外围电路并不完全一样有一定关系。在这时可以稍微调节反馈电阻，使其增加，将输入增大一些，输出的幅值改变很明显；反复调节直到电压达到 5V 0.

7、2V。3.实验过程中，电阻值很难与理论值选用一致，只能使用大小相近的，这就导致了很多问题，其中波形失真是最为突出的一个。在调试时，最好采用最为相似的组合。八、实验心得八、实验心得 首先，使我对每个元器件的原理及性能有了更深入的理解和认识，较好的掌握了数字波形合成器的设计、组装与调试方法，进一步掌握了其工作原理。其次，加深了我对理论知识的理解，进一步将在书本上面所学到的只是运用到实际的项目之中，做到了书本与实践的相结合。同时，进一步学习了数电知识与电子电路系统的设计方法和实验方法。最后，复习了 Multisim 仿真设计工具，提升了独立分析问题和解决问题的能力；为以后从事电子系统设计和开发应用打好基础。九、参考文献九、参考文献 1 李庆常,王美玲.数字电子技术基础M.机械工业出版社,2013.2 张玉璞,李庆常.电子技术课程设计M.北京理工大学出版社,1996.3 张玉平.通用电路模拟技术M.机械工业出版社,1999.4 郝鸿安.模拟集成电路应用集锦M.上海科学技术出版社,1984.5 王远.模拟电子技术第二版M.机械工业出版社,1999.