相位差可调的双通道信号源
时间:2025-04-05
时间:2025-04-05
相位差调试
相位差可调的双通道信号发生器
(本科组大二)
(李萨育图形信号发生器)
一、任务
设计并制作一个两路输出的、频率和相位差可步进调节的正弦波信号发生器。
相位差调试
一、任务设计并制作一个两路输出的、频率和相位差可步进调节的正弦波信号发生器。二、技术指标1.基本要求
(1)输出电压波形应尽量接近正弦波,电压峰峰值为2V左右的正弦波; (2)输出频率f范围为5Hz~10kHz,步进频率调节⊿f<=5Hz; (3)相位差Φ调节范围 5°~360°,相位差调节⊿Φ=5°; (4)两路信号的频率比有1:1,2:1,3:1三个档位设置; (5)数字显示两路信号的相位差和频率比。
相位差调试
2.发挥部分
(1)两路信号的输出峰值1~5V可调,步进小于0.5V;
(2)输出频率f范围为11Hz~100kHz,步进频率调节⊿f<=1Hz;
(3)两路信号的频率比8:1~1:8整数可调;
(4)两路信号相位差调节⊿Φ=1°;
(5)其他。
三、说明
用示波器观察信号无明显失真,用利萨如图形合成法观察信号的合成情况和稳定性。
相位差调试
李萨育图形
李莎育图形是以通道1来表示x轴,通道2来表示y,可通过李莎育图形来定性观察两通道之间的相位差。下表列出图形与相位的关系:李萨育图形
测量相位差的另一种方法:通过自动测量两通的延迟
÷波形频率×2pi。
相位差调试
相位差调试
一、总体方案
设计制作一个能产生正弦波信号源。要求信号频率在20Hz~20kHz范围内能程控步进调整,且性能良好,满足指标。
1.方案比较
(1)正弦波产生
方案一:采用单片DDS函数发生器(AD9850),AD9850可同时产生正弦波方法简单,用D/A转换器的输出来改变调整电压,也可以实现数控调整频率,步长可以满足要求,频率稳定度高。
相位差调试
方案二:采用锁相式频率合成器CD4066,利用锁相环,将压控振荡器(VCO)的输出频率锁定在所需频率上,该方案性能良好,但难以达到输出频率覆盖系数的要求,且电路复杂,不适于产生低频信号。方案三:采用单片机控制动态生成程序。该方法引入动态编程和吞时钟技术,使用89S51可产生50kHz的正弦波,不能达到指标要求。单片机在此不仅是控制器,还是信号发生器,用软件产生正弦波,节省硬件开销。方案四:采用FPGA直接数字频率合成器(DDS),可用硬件或软件实现。即用累加器按频率要求对相应的相位增量进行累加,再以累加相位值作为地址码,取存放于ROM中的波形数据,经D/A转换、滤波即所得需要波形。方法简单,频率稳定度高,易于控制。
相位差调试
DDS原理
工作过程为:
1, 将存于数表中的数字波形,经数模转换器D/A,形成模拟量波形. 2, 两种方法可以改变输出信号的频率:
(1) 改变查表寻址的时钟CLOCK的频率, 可以改变输出波形的频率. (2) 改变寻址的步长来改变输出信号的频率.DDS即采用此法.
步长即为对数字波形查表的相位增量.由累加器对相位增量进行累加,累加器的值作为查表地址.
3, D/A输出的阶梯形波形,经低通(带通)滤波,成为质量符合需要的模拟波形.
相位差调试
设相位累加器的位宽为2N, Sin表的大小为2p,累加器的高P位用于寻址Sin表.时钟Clock的频率为fc,若累加器按步进为1地累加直至溢出一遍的频率为
f out
若以M点为步长,产生的信号频率为f out fc=M N 2
fc= N 2
M称为频率控制字
相位差调试
该DDS系统的核心是相位累加器,它由一个加法器和一个位相位寄存器组成,每来一个时钟,相位寄存器以步长增加,相位寄存器的输出与相位控制字相加,然后输入到正弦查询表地址上。正弦查询表包含一个周期正弦波的数字幅度信息,每个地址对应正弦波中 0~360o范围的一个相位点。查询表把输入的地址相位信息映射成正弦波幅度的数字量信号,驱动DAC,输出模拟量。相位寄存器每经过2N/M个 fc时钟后回到初始状态,相应地正弦查询表经过一个循环回到初始位置,整个DDS系统输出一个正弦波。输出正弦波周期为 N
Tc 2 To= M
频率为
f out
fc=M N 2
相位差调试
频率控制字与输出信号频率和参考时钟频率之间的关系为: N
M= ( f out 2 ) f c
0≤ M≤ 2N 1
其中N是相位累加器的字长。频率控制字与输出信号频率成正比。由取样定理,所产生的信号频率不能超过时钟频率的一半,在实际运用中,为了保证信号的输出质量,输出频率不要高于时钟频率的 33%,以避免混叠或谐波落入有用输出频带内。 在图中,相位累加器输出位并不全部加到查询表,而要截断。相位截断减小了查询表长度,但并不影响频率分辨率,对最终输出仅增加一个很小的相位噪声。DAC分辨率一般比查询表长度小2~4位。
相位差调试
通常用频率增量来表示频率合成器的分辨率,DDS的最小分辨率为
Δf min
fc= N 2
这个增量也就是最低的合成频率。最高的合成频率受奈奎斯特抽样定理的限制,所以有
f 0 max
fc= 2
与PLL不同,DDS的输出频率可以瞬时地改变,即可以实现跳频,这是DDS的一个突出优点,用于扫频测量和数字通讯中,十 …… 此处隐藏:869字,全部文档内容请下载后查看。喜欢就下载吧 ……
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