数字波形合成器.doc
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1、.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/f0.0001 ,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1.进一步学习电子电路系统的设计方法和实验方法;2.进一步掌握 Multis
2、im 仿真设计工具;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=5V0.2V。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,0fmU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
3、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,NfFf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N2式中, 为计数器两个相邻状态之间的相位差。M/20utN123.5、 实验实现1.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
4、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,0f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0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0f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
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