没有合适的资源?快使用搜索试试~ 我知道了~
数控高精度低频正弦信号发生器 精品资料.docx
1.该资源内容由用户上传,如若侵权请联系客服进行举报
2.虚拟产品一经售出概不退款(资源遇到问题,请及时私信上传者)
2.虚拟产品一经售出概不退款(资源遇到问题,请及时私信上传者)
版权申诉
0 下载量 37 浏览量
2023-09-01
14:16:28
上传
评论
收藏 2.54MB DOCX 举报
温馨提示
试读
40页
数控高精度低频正弦信号发生器 精品资料.docx
资源推荐
资源详情
资源评论
高精度数控低频正弦信号发生器
任 务 书
一、 任务
设计一款基于 AT89C51 单片机和锁相技术的高精度数控低频正弦
信号发生器。
二、设计要求
1、 基本要求
⑴ 采用 DDFS(直接数字频率合成)和锁相技术, 实现 1Hz~
1KHz 变化的正弦信号。
⑵ 通过面板键盘控制输出频率,频率最小步进 1Hz。
⑶ 输出双极性。
⑷ 用 LED 数码管实时显示波形的相关参数。
⑸ 写出详细的设计报告,给出全部电路和源程序。
2、 发挥部分
⑴ 不改变硬件设计,将上限频率扩展到 10KHz。
⑵ 不改变硬件设计,扩展实现三角波和方波信号。
⑶ 可通过 PC 机上的“虚拟键盘”,实现频率等参数的控制。
⑷ 实现对幅度的控制。
高精度数控低频正弦信号发生器
函数信号发生器作为一种常用的信号源,广泛应用于电子电路、自动控制和
科学研究等领域
[7]
。它是一种为电子测量和计量工作提供符合严格技术要求的电
信号设备,因此是电子测试系统的重要部件,是决定电子测试系统性能的关键设
备。它与示波器、电压表、频率计等仪器一样是最普通、最基本的,也是得到最
广泛应用的电子仪器之一。
1 总体方案论证与设计
数字式函数信号发生器的实现方案很多,主要有如下几种:
方案一:采用微处理器和数模转换器直接合成的数字式函数信号发生器。这
种信号发生器具有价格低,在低频范围内可靠性好,体积小,功耗低,使用方便
等特点,它输出的频率是由微处理器向数模转换输出数据的频率和信号在一个周
期内的采样点数(N)来决定的,因此受单片机的时钟频率的限制很大,如果单片
机的晶振取 12MHz,则单片机的工作频率为 1MHz,若在一个周期内输出 360 个数
据,则输出信号的频率理论上最高只能达到 2777Hz。实际上单片机完成一次数据
访问并输出到 D/A 电路,至少要 5 个机器周期,因此实际输出信号的频率只有 500Hz
左右。即使增大晶振频率,减小一个周期内输出数据个数,在稍高的频率下输出
的波形频率误差也是很大的,而且计算烦琐,软件编程麻烦,控制不方便。
方案二:利用单片机与精密函数发生器构成的程控信号发生器。这种信号发
生器能够克服常规信号发生器的缺陷,保证在某个信号的频带内正弦波的失真度
小于 0.5%。它的输出信号频率调整和幅值调整都由单片机完成。但是,由于数模
转换器的非线性误差和函数发生器本身的非线性误差,这种信号发生器输出信号
的频率与理论值会有一定的偏差。
方案三:利用 DSP 处理器,根据幅值,频率参数,计算产生高精度的信号所
需数据表,经数模转换后输出,形成需要的信号波形。这种信号发生器可实现程
控调幅,调频。但这种信号发生器输出频率不能连续可调,计算烦琐,控制也不
便。
方案四:基于单片机,锁相环,可编程分频、相位累加、存储器波形存储以
及 D/A 转换器等组成的数字式函数信号发生器。输出的频率的大小由锁相环和可
编程计数器来控制,最终由地址发生器对存储器中的波形数据硬件扫描,单片机
提供要输出的波形数据给存储器。这种方案电路简洁,不受单片机的时钟频率的
限制,输出信号精度高,频率“连续”,稳定性好,可靠性高,功耗低,调频,调
幅都很方便,而且可简化软件设计,实现模块化设计的要求。
综合考虑,方案四各项性能和指标都优于其他几种方案,能使输出频率有较
好的稳定性,充分体现了模块化设计的要求,而且这些芯片及器件均为通用器件,
在市场上较常见,价格也低廉,样品制作成功的可能性比较大,所以本设计采用
方案四。其系统组成原理框图如图 1 所示。
图 1 系统组成原理结构图
图 1 中主要有 2 大块,即波形发生部分(上半部)和键盘/显示部分。波形发
生部分是本设计的核心,主要由可编程基准信号、锁相倍频电路、相位累加地址
发生、EPROM 存储器、数/模转换和滤波驱动等组成,如图 2 所示。
图 2 系统波形发生模块
键盘输入和显示部分在控制仪器中起着人机交互的作用,这两部分的设计是
仪器和操作者进行联系并得到实际应用的关键之一,并关系到用户使用的满意度。
键盘/显示模块设计的常用方法有: ①采用 8279 可编程接口芯片来实现系统的键盘
/显示器扩展功能,该芯片 40 引脚,体积较大,成本不低,编程也不方便。②由
单片机 AT89C2051 控制共阳数码管、按键构成动态显示模块。该方案最多只能扩
展 16 个按键,且数码管需 8 只三极管驱动。③LCD 液晶显示加键盘等,该方案成
本不低,接口复杂。考虑到成本及电路的复杂度,本设计采用一款新颖的 HD7279
专用键盘/显示芯片。HD7279 芯片价格低廉,内部含有译码器,并具有多种控制指
令,如消隐、闪烁、左移、右移、段寻址等。在设计时,外围电路简单,只需一
个电阻和一个电容即可解决键盘/显示电路的外围设计,且有成熟的现成程序可借
鉴。
2 频率控制机理及其硬件设计
我们把锁相+直接数字频率合成称为 PDDFS 技术,频率控制是本设计的关键。
频率控制模块的主要硬件支持是锁相环 CD4046 和可编程分频器 INTEL8254,锁相环
CD4046 是本系统工作的关键所在,可编程分频器 INTEL8254 和其相互配合,为相位
累加器 CD4518 提供时钟脉冲,从而最终实现对输出波形函数信号频率的改变。
2.1 锁相环介绍
锁相环 PLL(Phase Lock Loop)是一个能完成两个电信号相位同步的自动控制
闭环系统。它是比较输入信号和压控振荡器输出信号之间的相位差, 比较结果产
生的误差输出电压正比于输入信号和压控振荡器输出信号两个信号的相位差,原
理如图 3 所示。
图 3 锁相环原理框图
在环路开始工作时,通常输入信号的频率与压控振荡器末加控制电压时的振
荡频率是不同的,由于两信号之间存在固有的频率差,它们之间的相位差势必不
断地变化,在这种误差电压控制之下,压控振荡器的频率也就在相应的范围之内
变化。若压控振荡器的频率能够变化到与输入信号相等,便有可能在这个频率上
稳定下来(当然只有在一定的条件下才可能这样)。达到稳定之后,输入信号和压
控振荡器输出信号之间的频差为零,相位差不再随时间变化,误差控制电压为一
固定值,这时环路就进入“锁定”状态。当锁相环入锁时,它还具有“捕捉”信
号的能力,VCO 可在某一范围内自动跟踪输入信号的变化,如果输入信号频率在锁
相环的捕捉范围内发生变化,锁相环能捕捉到输人信号频率,并强迫 VCO 锁定在
这个频率上。
本系统选用的是 CD4046 锁相环,其特点是电源电压范围宽(为 3V~18V),
输入阻抗高(约 100MΩ),动态功耗小,在中心频率 f0 为 10kHz 下功耗仅为
600μW,属微功耗器件。它采用 16 脚双列直插式,各引脚功能如下:
剩余39页未读,继续阅读
资源评论
南抖北快东卫
- 粉丝: 70
- 资源: 5584
下载权益
C知道特权
VIP文章
课程特权
开通VIP
上传资源 快速赚钱
- 我的内容管理 展开
- 我的资源 快来上传第一个资源
- 我的收益 登录查看自己的收益
- 我的积分 登录查看自己的积分
- 我的C币 登录后查看C币余额
- 我的收藏
- 我的下载
- 下载帮助
安全验证
文档复制为VIP权益,开通VIP直接复制
信息提交成功