数字波形合成器
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≤0.0001，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Multisim 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=5V ±0.2V 。
四、设计原理
设要合成的正弦波频率为0f 幅值为m U 。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。其中脉冲发成器的振荡频率F 与正弦波的频率f 之间的关系为
Nf F = 即，N F f = 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
N
M π?2= 式中，M /2π为计数器两个相邻状态之间的相位差。
五、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
f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
f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
f.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-10—10e-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?90，即隔开3个?30。因此第一路的输出状
态变量为1Q 2Q 3Q 4Q 5Q 6Q ,第二路4Q 5Q 6Q 1Q 2Q 3Q 。
3.正弦加权DAC
由电阻网、受数字控制的模拟开关、基准源R V 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：R ?02、R ?12、…、R n ?-12，例如n=8，R=15K ，则位电阻依次为：K 1520?、K 1521?、…、K 1527?；
4.二阶低通滤波器(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
1
f uP R R 1A += 二阶低通滤波器的通带增益。 RC
2π1f O = 截止频率，它是二阶低通滤波器通带与阻带的界限频率。 uP
A 31Q -= 品质因数，影响低通滤波器在截止频率处幅频特性的形状。 六、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N 进制计数/分频器采用六位扭环型计数器,U1～U6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
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±0.2V。
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
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
[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.
wav信号的波形分析与合成
教学实验报告 电子信息学院_____ 专业通信工程2011年月19_日 实验名称wav信号的波形分析与合成指导教师_________ 姓名年级学号一成绩 ________ 预习部分 1.实验目的 2.实验基本原理 3.主要仪器设备（含必要的元器件、工具）
部分组成： 1 ?声音的采集 Matlab 提供了读入、录制和播放声音以及快速傅里叶变换的函数，分别是 wavread 、wavrecord 、wavplay 和fft 。阅读这几个函数的帮助文档，熟练使用。 2. 持续音的频谱分析 将Windows 的系统目录下的ding.wav 文件读入，这是一个双声道的声音， 选择任一声道的信号，使用fft 求取其频谱，并用plot 显示它的幅度谱， 观察主要的正弦分量； 参考代码： %% [y,fs]=wavread( 'di ng.wav' ) fs len g=le ngth(y) %取其中的一个声道，譬如说，右声道(左声道的格式 yr=y(:,2); %截取前1024个点 yr=yr(1:1024); %求取幅度普并显示，首先是 fs=2048 YR2048=fft(yr,2048); figure( 'numbertitle' , 'off' ，‘name' subplot(2,1,1) plot(li nspace(-pi,pi,2048),abs(YR2048)) title( 'FFT 的幅频特性') subplot(2,1,2) plot(li nspace(-pi,pi,2048),fftshift(abs(YR2048))) title( 'FFT 后幅频特性的 fftshift' ) %fs=1024 YR1024=fft(yr,1024); figure( 'numbertitle' , 'off' ，‘name' subplot(2,1,1) plot(li nspace(-pi,pi,1024),abs(YR1024)) title( 'FFT 的幅频特性') subplot(2,1,2) plot(li nspace(-pi,pi,1024),fftshift(abs(YR1024))) FFTSHIFT title( 'FFT 后幅频特性的 fftshift' ) ,'2048 ,'1024 yr=y(:,1) ) 点 FFT'); %FFT 的幅频特性 %FFT 的幅频特性FFTSHIFT 点 FFT'); %FFT 的幅频特性 %FFT 的幅频特性的
数字波形发生器毕业设计
数字波形发生器的设计 摘要波形发生器是一种常用的信号源，广泛地应用于电子电路、自动控制系统和教学实验等领域。本函数发生器采用89C52单片机作为控制核心，外围采用数字/模拟转换电路（DAC0832）、运放电路（LM324）、按键和液晶显示电路等。电路采用89C52单片机与一片DAC0832数模转换器组成低频信号发生器。通过按键控制可分别控制选择输出的幅值和频率，同时用1602显示器显示幅值和频率.本系统设计简单、性能优良，具有一定的实用性。 关键词AT89C52 DACO832 波形发生器 1 序言 波形发生器是一种常用的信号源，广泛的应用于电子电路、自动控制系统和教学实验等领域，是现代测试领域内应用最为广泛的通用仪器之一。在研制、生产、测试和维修各种电子元件、部件以及整机设备时，都需要有信号源。由它产生不同频率不同波形的电压、电流信号并加到被测器件或设备上，用其他仪器观察。测量被测仪器的输出响应，以分析确定它们的性能参数。信号发生器是电子测量领域中最基本、应用最为广泛的一类电子仪器。它可以产生多种波形信号，如锯齿波、三角波、梯形波等，因而广泛应用于通信、雷达、导航、宇航等领域[3]。 自单片机广泛应用以来，各种器件日益智能化，而智能的实现需要各种信号。可以预见，波形发生器已成为重要的产品，发展前景十分看好。市场上精度高的波形发生器十分昂贵，结构复杂，如何降低成本普及产品是目前波形发生器的重要课题。 2. 系统总体设计思路概述 数字波形发生器的方案论证 总体方案设计 方案一：利用D/A转换器输出的模拟量与输入数字量成正比关系这一特点，将D/A转换器作为微机输出接口，CPU通过程序向D/A转换器输出随时间呈现不同变化规律的数字量，则D/A转换器就可输出各种各样的模拟量，如方波、三角波、锯齿波、正弦波等。 此方案可满足题目的要求，产生波形程序控制，并通过按键选择幅值电压和频率，并在LCD1602液晶屏中显示相应幅值电压和选择的频率，按键选择频率、幅值、波形。优点是结构简单，满足此
《解题思路》信号波形合成实验电路(2)
信号波形合成实验电路（C 题） 设计任务：设计制作一个电路，能够产生多个不同频率的正弦信号，并将这些信号再合成为近似方波和其他信号。 1．基本要求 （1）方波振荡器的信号经分频与滤波处理，同时产生频率为10kHz 和30kHz 的正弦波信号，这两种信号应具有确定的相位关系（要求2个信号来自同一信号源）； 需要分频，所以振荡器产生150kHz 的信号。3分频得到50kHz ，5分频得到 30kHz 、15分频得到10kHz 。 （2）产生的信号波形无明显失真，幅度峰峰值分别为6V 和2V ； 方波的展开式：)7sin 7 15sin 513sin 31(sin 4)( ++++=t t t t h t f ωωωωπ 其中h 是方波的幅度（一半高度）h=2.36V ，方波高度4.71V 。 采用RLC 串联谐振电路作为选频电路，对方波进行频谱分解。其中RLC 分别选：对于10kHz 的基波，1、10mH 、25.36nF 、Q=100；对于30kHz 的3次谐波，1、10mH 、2.8nF 、Q=100。 采用低通开关电容滤波器TLC04，截止频率设为40kHz 需要2MHz 的时钟，20kHz 需要1MHz 的时钟。需要用运放组成带通滤波器。 （3）制作一个由移相器和加法器构成的信号合成电路，将产生的10kHz 和 30kHz 正弦波信号，作为基波和3次谐波，合成一个近似方波，波形幅度为5V 。 制作一个移相网络，使得两路信号同相，然后叠加即可（运放实现）。 2．发挥部分 （1）再产生50kHz 的正弦信号作为5次谐波，参与信号合成，使合成的波 形更接近于方波； 用运放组成带通滤波器（运放实现）。 （2）根据三角波谐波的组成关系，设计一个新的信号合成电路，将产生的 10kHz 、30kHz 等各个正弦信号，合成一个近似的三角波形； 三角波的展开式)7sin 7 15sin 513sin 31(sin 8)(2222 +-+-=t t t t h t f ωωωωπ， 将上一步中的3种波形按这一系数合成三角波。 （3）设计制作一个能对各个正弦信号的幅度进行测量和数字显示的电路，测 量误差不大于±5％； 采用平均值检波电路检波，然后用AD 采集、显示即可（MCU 实现）。 （4）其他。 可以添加语音功能（ISD1420实现）。
(数字信号发生器+电子琴)实验报告
实验一数字信号发生器和电子琴制作 一、实验目的 1.熟悉matlab的软件环境，掌握信号处理的方法，能在matlab的环境下完成对 信号的基本处理； 2.学会使用matlab的GUI控件编辑图形用户界面； 3.了解matlab中一些常用函数的使用及常用运算符，并能使用函数完成基本的 信号处理； 二、实验仪器 计算机一台，matlab R2009b软件。 三、实验原理 1．数字信号发生器 MATLAB是矩阵实验室（Matrix Laboratory）的简称，用于算法开发、数据可视化、数据分析以及数值计算的高级技术计算语言和交互式环境，主要包括MATLAB 和Simulink两大部分。 已知的常用正弦波、方波及三角波，可以通过matlab自带的函数实现，通过改变函数的幅值、相位和频率可以得到不同的信号。 正弦信号：y=A*sin（2*pi*f*t）； 方波信号：y=A*square(2*f*pi*x+c)； 三角波信号：y=A*sawtooth(2*pi*f*x+c)； 2. 电子琴 电子琴的每个音阶均对应一个特定频率的信号，通过调用数字信号发生器产生一系列指定的频率的声音，从而达到虚拟的电子琴的功能。界面中包含1、2、…、7共 7 个琴键，鼠标按下时即发声，松开时发声停止。同时能够产生正弦波、方波、三角波等常见的波形的数字信号，然后将数字信号写入声卡的缓冲区，最后由声卡播放出相应的声音。 已知音乐的七个音阶的主频率分别是131Hz、147Hz、165Hz、175Hz、196Hz、220Hz和247Hz，分别构造正弦波、方波和三角波，可以组成简单的电子琴。
四、实验内容 1.数字信号发生器的制作 （1）搭建GUI界面 图形用户界面（Graphical User Interface，简称GUI，又称图形用户接口）是指采用图形方式显示的计算机操作用户界面。与早期计算机使用的命令行界面相比，图形界面对于用户来说在视觉上更易于接受。 Matlab环境下的图形用户界面（GUI）是由窗口、光标、按键、菜单、文字说明等对象（Objects）构成的一个用户界面。用户通过一定的方法（如鼠标或键盘）选择、激活这些图形对象，使计算机产生某种动作或变化，比如实现计算、绘图等。MATLAB的用户，在指令窗中运行demo 打开那图形界面后，只要用鼠标进行选择和点击，就可产生丰富的内容。 利用GUI控件中自带的按钮，根据需要组成如下图1所示的数字信号发生器的Gui界面。 图1 数字信号发生器的GUI界面
两款函数任意波形发生器产品简介
是德科技 30 MHz 函数/任意波形发生器 33521A 单通道函数/任意波形发生器 33522A 双通道函数/任意波形发生器 技术资料 ?????????????????? ?????????????????? ???? (alias-protected) ?????? ??
33500 系列函数/任意波形发生器 实现更出色的精度和灵活性?わょ??????????????????わ???????????????????????????? Keysight 33500 ????/??????????????????????????????????????????????????⒔????? 10 ???????????????????????????????????? 主要特性 —30 MHz ??????? ??????????? —???? 40 ps???????? 0.04%???????????—250 MSa/s ???? 16 ??? ????????????????? —????????????????????????????????? —??? 33522A ?????勚??????ㄩ? —?㈨ 1 MSa ??▌╈????㈨ 16 MSa ▌╈???▌╈???? ???? —?? LXI C ??? —????????????? TFT ?????????????????????????? —??? BenchL ink Waveform Builder Pro ????????????信号保真度 ???????????????? ??????????????? ??????????????? ??????????????? ????? 33500 ????/??? ??????????????? ??????? 40 ps ?⒔??? ???/??????? 10 ???? ??????????? 16 ??? ???? 0.04% ???????? ▕ 250 MSa/s (16 ?) ??????? ????????????▌╈?? ????????????⒋??? ???????????????? ???????????? 灵活的信号生成 33521A ? 33522A ???????? ??????????????? ? (DTMF) ????? 33522A ??? ?????????????ㄩ?? ???????勚???????? ??????????????(? ???????) ??????⒋? ???????????????? ???????????⒋??? 逐点波形 33500??????????? ???????????? (alias- protected) ?????????? ?????????????? ???33521A ? 33522A ??? ? 30 MHz ???????⒋?? ??????????????? ??????????????? ???????????????? ??????????????? ???????????????? ????????? 用户界面 ????????????? TFT ? ???????????????? ???????????????? ?????? 33500 ?????? LXI C ??????? USB 2.0 ? 10/100 Base-T ???????????㎡? ???? PC ?????????? ???????????????? ?? GPIB ????????? 可选 33503A BenchLink Waveform Builder Pro 软件 Benchlink Waveform Builder Pro ? ??????????????? ??????????????? ??? Microsoft Windows ???? ???????????????? ???????????????? ??????????????? ???????????????? ?╖????????㎡???? ??????????????? ??????????????? BenchLink Waveform Builder Pro? ???????????????? ???????????????? ?????╱????????? ㎡??????????????? ??????????????? ??? 30 ??????????? https://www.360docs.net/doc/8811531620.html,/? nd/33503
数字波形合成器概论
电子技术课程设计课题名称：数字波形合成器的设计
1.实验目的 1.1 掌握数字波形合成器的基本设计方法和整体电路实现； 1.2 熟悉各功能模块单元电路的具体设计方法和工作原理（脉冲发生器、分频器、 数字模拟转换以及低通滤波器）。 1.3 进一步熟悉电子电路的设计方法。 1.4 进一步熟悉电路设计过程中EDA方法以及各种电子器件的使用方法。 2. 实验要求 2.1 设计一个具有高频率稳定度和高相位稳定度的两相正弦信号源。 2.2 两相正弦信号频率 f=400Hz。 2.3 两相信号 A、 B 之间相位差 90°。 2.4 幅值=5V±0.2V。 3. 实验仪器、主要元器件 3.1 振荡电路:NE555*1；电阻 1kΩ*1,15kΩ电位器*1 ；电容 0.01uF*2 3.2 分频器： CD4013 双 D触发器*3 3.3 两路正弦加权 DAC：电阻 1MΩ*4、 370kΩ*4、 270kΩ*4、 135kΩ*2、 68kΩ*2； uA741*2 3.4两路 LPF: 电阻 91k*4；电容 2200pF*2、 8800pF*2；uA741*2 3.5 其它必要设备或元器件：直流稳压电源；导线若干；示波器；万用表；镊子；剥线钳； 面包板； 4. 课题分析及方案论证 4.1 课题分析 在某些场合对于信号的频率、相位以及失真度要求较高。例如，在精密陀螺测试中，对于 400Hz 三相正弦电源的这些参数要求就很严格。如果这些指标不满足，将会使陀螺角动量变化，电动机升温，产生干扰力矩，从而影响电动机的正常工作和测试。 课题的实现方案有多种，采用石英晶体振荡器、分频器、 D/A 转换器构成的数字波形合成方案，是实现高频率和相位稳定性的一种较好方案，由于采用了具有较高频率稳定性的石英晶体和数字合成技术，因此使系统精度高，功能强，成本低，体积小，容易实现技术指标的要求。 4.2 方案论证 数字波形的合成原理简单，从理论上说，这个方法可以合成任意波形，这里要合成正弦波。假设要合成的正弦波频率为 f、幅值为Vm，首先把它的一个周期分为 N 等分，用具有N 个阶梯的正弦波来逼近所要求的正弦波,N 越大，其逼近程度越好，但同时电路实现也越复杂。所以要综合考虑这两方面的因素。根据技术指标的要求，合理选择N值。 数字波形合成器的首要任务就是合成这种阶梯波，然后通过 LPF 把其中的高次谐波分量滤除，就获得了所需正弦波。脉冲发生器的振荡频率 F 与正弦波的频率 f 的关系为F=Nf。 其中， N 为分频器的分频系数（或称计数器的有效状态）。可见分频器的输出频率与正弦波的频率相等，都是f=F/N 。 分频器的 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，
基于51单片机的波形发生器的设计讲解
目录 1 引言 (1) 1.1 题目要求及分析 (1) 1.1.1 示意图 (1) 1.2 设计要求 (1) 2 波形发生器系统设计方案 (2) 2.1 方案的设计思路 (2) 2.2 设计框图及系统介绍 (2) 2.3 选择合适的设计方案 (2) 3 主要硬件电路及器件介绍 (4) 3.1 80C51单片机 (4) 3.2 DAC0832 (5) 3.3 数码显示管 (6) 4 系统的硬件设计 (8) 4.1 硬件原理框图 (8) 4.2 89C51系统设计 (8) 4.3 时钟电路 (9) 4.4 复位电路 (9) 4.5 键盘接口电路 (10) 4.7 数模转换器 (11) 5 系统软件设计 (12) 5.1 流程图： (12) 5.2 产生波形图 (12) 5.2.1 正弦波 (12) 5.2.2 三角波 (13) 5.2.3 方波 (14) 6 结论 (16) 主要参考文献 (17) 致谢...................................................... 错误！未定义书签。
1引言 1.1题目要求及分析 题目：基于51单片机的波形发生器设计，即由51单片机控制产生正弦波、方波、三角波等的多种波形。 1.1.1示意图 图1：系统流程示意图 1.2设计要求 (1) 系统具有产生正弦波、三角波、方波三种周期性波形的功能。 (2) 用键盘控制上述三种波形（同周期）的生成，以及由基波和它的谐波（5次以下）线性组合的波形。 (3) 系统具有存储波形功能。 (4) 系统输出波形的频率范围为1Hz～1MHz，重复频率可调，频率步进间隔≤100Hz，非正弦波的频率按照10次谐波来计算。 (5) 系统输出波形幅度范围0～5V。 (6) 系统具有显示输出波形的类型、重复频率和幅度的功能。
信号波形合成实验报告之欧阳家百创编
信号波形合成实验电路 欧阳家百（2021.03.07） 摘要：本设计包含方波振荡电路，分频电路，滤波电路，移相电路，加法电路，测量显示电路。题目要求对点频率的各参数处理，制作一个由移相器和加法器构成的电路，将产生的10KHz 和30KHz 正弦信号作为基波和三次谐波，合成一个波形幅度为5V、近似于方波的波形。振荡电路采用晶振自振荡并与74LS04 结 合，产生6MHz 的方波源。分频电路采用74HC164与74HC74分频出固定频率的 方波，作为波形合成的基础。滤波采用TI公司的运放LC084，分别设置各波形 的滤波电路。移相电路主要处理在滤波过程中相位的偏差，避免对波形的合成结 果造成影响。 关键词：方波振荡电路分频与滤波移相电路加法器 Experimental waveform synthesis circuit Abstract：The design consists of a square wave oscillator circuit, divider circuit, filtercircuit, phase shift circuits, addition circuits, measurement display circuit. Subject ofthe request of the point frequency of the various parameters of processing, productionof a phase shifter circuit consisting of adders, will have the 10KHz
基于DDS的数字移相信号发生器
EDA课程设计 课题名称_ 基于DDS的数字移相信号发生器 专业_ 电子信息工程____ _ _ 班级_____ _________ __ __ 学号_ 姓名_ __ __ 成绩_____ ____________ _ 指导教师___ _ ___ ___ 2014年 5 月7日
一、课程设计目的 (3) 二、设计任务 (3) 三、工作原理及模块分析 (3) 1、频率预置与调节电路 (4) 2、累加器 (4) 3、波形存储器 (4) 4、D/A转换器 (5) 四、相关程序 (5) 1、加法器 (5) （1）ADD10 (5) （2）ADD32 (7) 2、寄存器 (8) （1）REG10B (8) （2）REG32B (10) 3、ROM (11) 4、主程序 (13) 五、仿真结果： (16) 六、引脚配置和下载 (17) 七、实验心得 (18)
一、课程设计目的 1、进一步熟悉Quartus Ⅱ的软件使用方法； 2、熟悉利用VHDL设计数字系统并学习LPM_ADD_SUB、LPM ROM、LPM_FF 的使用方法； 3、学习FPGA硬件资源的使用和控制方法； 4、掌握DDS基本原理，学习利用此原理进行信号发生器的设计 二、设计任务 完成10位输出数据宽度的频率可调的移相正弦信号发生器，通过按键调节频率和初始相位，实现相位和频率可调的正弦信号发生器 三、工作原理及模块分析 直接数字频率合成器（DDS）是通信系统中常用到的部件，利用DDS可以制成很有用的信号源。与模拟式的频率锁相环PLL相比，它有许多优点，突出为（1）频率的切换迅速；（2）频率稳定度高。 一个直接数字频率合成器由相位累加器、波形ROM、D/A转换器和低通滤波器构成。DDS的原理框图如下所示： 频率预置与调节电路 累加器 累加器波形存储器 波形存储器D/A转换器 D/A转换器低通滤波器 低通滤波器K N位 N位 fc S（n） D位 S（t） 图1直接数字频率合成器原理图 其中K为频率控制字，fc为时钟频率，N为相位累加器的字长，D为ROM 数据位及D/A转换器的字长。相位累加器在时钟fc的控制下以步长K作为累加，输出N位二进制码作为波形ROM的地址，对波形ROM进行寻址，波形ROM输出的幅码S（n）经D/A转换器变成梯形波S（t）,再经低通滤波器平滑后就可以得到合成的信号波形了。合成的信号波形形状取决于波形ROM中存放的幅码，因此用DDS可以产生任意波形。本设计中直接利用D/A转换器得到输出波形，省略了低通滤波器这一环节。
国产函数、任意波形发生器大比拼
国产函数、任意波形发生器大比拼 典型的DDS原理框图如图所示。 其实质是数模转换，仍然要遵循奈奎斯特采样定理。即输出的频率不超过采样率的一半，事实上商用的采用DDS技术的函数/任意波形发生器由于受到低通滤波器设计以及杂散分布的影响限制，输出波形的最高频率均不超过采样率的40%。相对于直接模拟频率合成，锁相频率合成，其优点如下： ·频率分辨率高。若时钟频率不变，DDS频率分辨率仅由相位累加器位数来决定，也就是理论上的值越大，就可以得到足够高的频率分辨率。目前，大多数DDS的分辨率在1Hz数量级，许多都小于1mHz甚至更小，这是其他频率合成器很难做到的。 ·工作频带较宽。根据Nyquist定律，只要输出信号的最高频率分辨率分量小于或等于fclk/2就可以实现。而实际当中由于受到低通滤波器设计以及杂散分布的影响限制，仅能做到40% fclk左右。 ·超高速频率转换时间。DDS是一个开环系统，无任何反馈环节，这种结构使得DDS的频率转换时间极短。DDS 的频率转换时间可达到纳秒数量级，比使用其它的频率合成方法都要小几个数量级。 ·相位变化连续。改变DDS输出频率，实际上改变的是每一个时钟周期的相位增量，相位函数的曲线是连续的，只是在改变频率的瞬间其频率发生了突变，因而保持了信号相位的连续性。 ·具有任意输出波形的能力。只要ROM中所存的幅值满足并且严格遵守Nyquist定律，即可得到输出波形。例如三角波、锯齿波和矩形波。 ·具有调制能力。由于DDS是相位控制系统，这样也就有利于各种调制功能。 同时DDS合成技术也有一些固有的缺点，如下： ·杂散分量丰富。这些杂散分量主要由相位舍位、幅度量化和DAC的非理想特性所引起。因为在实际的DDS电路中，为了达到足够小的频率分辨率，通常将相位累加器的位数取大。但受体积和成本的限制，即使采用先进的存储方法，ROM的容量都远小于此，因此在对ROM寻址时，只是用相位累加器的高位去寻址，这样不可避免地引起误差，即相位舍位误差。另外，一个幅值在理论上只能用一个无限长的二进制代码才能精确表示，由于ROM的存储能力，只采用了有限比特代码来表示这一幅值，这必然会引起幅度量化误差。另外，DAC的有限分辨率以及非线性也会引起误差。所以对杂散的分析和抑制，一直是国内外研究的特点，因为它从很大程度上决定了DDS的性能。 ·频带受限。由于DDS内部DAC和ROM的工作速度限制，使得DDS输出的最高频率有限。目前市场上采用CMOS、TTL等工艺制作的DDS芯片工作频率一般在几十MHz至几百MHz左右。但随着高速GaAs器件的出现，频带限制已明显改善，芯片工作频率可达到2GHz范围左右。 以上摘自:《现代DDS的研究进展与概述》一文，https://www.360docs.net/doc/8811531620.html,/event/emag/20080226.htm。 将DDS应用于波形发生器，能非常方便的产生任意波形。一般除了具备常规函数发生器所具备的正弦波、方波、锯齿波、脉冲、噪声外，还有指数上升、指数下降、Sinc波、心电图波、直流，以及地震波等任意波形。能采用直接在仪器上手动编辑或windows 下软件编辑的方式产生任意波形，用于模拟电路或应用环境中可能发生的情况，此外还具备非常丰富的调制功能，甚至有些调制功能是以往只能在高端信号源上才能看到的。 下面找出主要以国产厂商为主的函数/任意波形发生器做一个对比，以此来了解国内DDS的应用水平，并给出一个大概的选购指南，以便您在需要的时候能够快捷的找到合手的信号源。Agilent在很早之前就推出了33200系列
基于FPGA的数字示波器波形合成器研究
基于FPGA的数字示波器波形合成器研究 引言波形刷新率是评判数字示波器性能优劣的重要指标之一，它直接体现了示波器抓取波形细节的能力，刷新率越高意味着捕获异常的能力越强。目前国内示波器的最高波形刷新率在200000wfms/s左右，而高于200000wfms/s的基本上依赖进口。国内示波器刷新率做不高的主要原因有2个： ①波形合成技术和国际先进水平相比，差距还比较大； ②波形存储采用外部存储器。 本文通过对示波器波形合成技术的深入研究，提出一种基于FPGA的高刷新率的波形合成器，刷新率可达到400000wfms/s，该波形合成器已经成功应用在高刷新率示波器中。 1、波形三维映射模型波形数据的三维信息包括：时间，幅度和幅度命中次数。在现代DSO 中，可将多次触发后采集到的多帧数据展现在屏幕上，并通过三维映射灰度图来体现时间，幅度以及波形数据在每一个幅度上的命中次数。例如进行10次采样每次采样700个样点，那么进行三维映射时，会将这10次采样的波形进行叠加，然后将叠加后的波形数据映射到三维数据库中。 如图1所示，三维波形数据库可以看作是一个mk的二维矩阵，m表示DSO屏幕的垂直分辨率（幅度），k表示DSO的水平分辨率（时间），而矩阵中元素amk表示幅度命中次数（概率），如图所示。 为了将三维波形数据库中的信息转换为方便用户观察的显示画面，需要将幅度命中次数转换为波形灰度或颜色等级，所以波形三维映射模型实质上是一种三维波形成像技术。它直接将每次采集到得数据映射到三维数据库（灰度图），然后将灰度图以人眼可以接受的速率传送到屏幕上显示。对于图2这个mk矩阵，若其元素用c位存储，则灰度图需要的存储空间为：mk2c/8字节，国内示波器一般将这个三维数据库（灰度图）存放在外部存储器中例如SRAM，SSRAM。很明显，频繁的访问外部存储器将会大大的减小数据映射速度，降低了波形刷新率。
数字信号发生器课程设计
数字信号发生器的设计 摘要 信号发生器也叫做振荡器或是信号源，在现在的科技生产实践中有着广泛而重要的应用。现在的特殊波形发生器在价格上不够经济，有些昂贵。而基于AT89C51单片机的函数信号发生器可以满足此要求。根据傅里叶变换，各种波形均可以用三角函数的相关式子表示出来。函数信号发生器能够产生多种波形，如三角波、锯齿波、矩形波、方波和正弦波。 本文通过在单片机的外围加上键盘，控制波形的种类和输出频率的大小，加上LED 显示出相应信息。单片机输出为数字信号，于是在输出端用DAC0832进行D/A转换，再通过两级运放对波形进行调整。最终在示波器上显示出来。 关键词：信号发生器, AT89C51,D/A转换,波形调整
目录 1 绪论 (1) 1.1 课题研究背景 (1) 1.2波形介绍 (1) 2系统设计 (3) 2.1方案选择 (3) 2.2框图设计 (3) 2.3单片机模块 (4) 2.4按键控制与显示电路设计 (6) 2.5 D/A转换电路 (7) 2.6 显示电路 (9) 2.7 放大电路设计 (12) 2.8整体的电路原理图 (13) 2.9元件清单 (13) 3软件设计 (15) 3.1程序流程图 (15) 3.2程序代码 (15) 4系统仿真及调试 (18) 4.1系统仿真图 (18) 4.2系统调试 (19) 总结 (21) 致谢 (22) 参考文献 (23)
1绪论 1.1课题研究背景 随着经济与科技不断发展，相应的测试仪器与手段也有了许多改善与提高，但是对之要求也不断提高。波形发生器的信号已知，使用者然后根据具体的要求，将其作为激励源，测得感兴趣的参数。信号源仿真各种测试信号，给待测电路，从而满足现实需求。信号发生器在仿真实验占有重要地位，对于测试仪器来说也同样不可缺少。因此对相关信号发生器的研究开发有着一定的意义。 传统的信号发生器电路复杂，控制灵活度不够，成本也相对较高。虽然我国所研制的波形发生器在一定程度上已有了一些成果，但与国外技术确实还存在一定差距，因此很有必要提高相关方面的研究。 利用单片机的控制灵活性，外设处理能力强等特点，实现频率与幅度可调的多种波形，这就克服了传统的缺点，具有良好的实用性。同时根据程序的易控制性，可以容易实现各种较复杂的调频调幅功能。 1.2波形介绍 正弦波，正弦信号可用如下形式表示 f (t)=A sin(ωt+θ) （1） 其中，A 为振幅，ω是角频率，θ为初相位。正弦函数为一周期信号如下图1所示： 图1正弦波 ·方波 方波函数是我们常用且所熟知的简单波形函数，做脉冲等，其表示形式如下：
信波形合成实验电路
信波形合成实验电路 YUKI was compiled on the morning of December 16, 2020
信号波形合成实验电路（C 题） 内容介绍：该项目基于多个正弦波合成方波与三角波等非正弦周期信号的 电路。使用555电路构成基准的方波振荡信号，以74LS161实现前置分频形成10KHz 、30kHz 、50kHz 的方波信号，利用TLC04滤波器芯片获得其正弦基波分量，以TLC084实现各个信号的放大、衰减和加法功能，同时使用RC 移相电路实现信号的相位同步；使用二极管峰值包络检波电路获得正弦信号的幅度，以MSP430作为微控制器对正弦信号进行采样，并且采用段式液晶实时显示测量信号的幅度值。 1方案 题目分析 考虑到本设计课题需要用多个具有确定相位和幅度关系的正弦波合成非正弦周期信号，首选使用同一个信号源产生基本的方波振荡，使得后级的多个正弦波之间保持确定的相位关系。 在滤波器环节，为了生成10kHz 、30kHz 和50kHz 的正弦波，我们需要使用三个独立的滤波器，由于输入滤波器的是10kHz 、30kHz 和50kHz 的方波信号，所以可以使用带通滤波器或者低通滤波器，并且尽量维持一致的相位偏移。 从Fourier 信号分析理论看，合成 数学上可以证明此方波可表示为： )7sin 7 1 5sin 513sin 31(sin 4)( ++++= t t t t h t f ωωωωπ 三角波也可以表示为： )7sin 7 1 5sin 513sin 31(sin 8)(2222 +-+-=t t t t h t f ωωωωπ
信号发生器概述
信号发生器概述 凡是产生测试信号的仪器，统称为信号源，也称为信号发生器，它用于产生被测电路所需特定参数的电测试信号。 信号源是根据用户对其波形的命令来产生信号的电子仪器。信号源主要给被测电路提供所需要的已知信号（各种波形），然后用其它仪表测量感兴趣的参数。可见信号源在电子实验和测试处理中，并不测量任何参数，而是根据使用者的要求，仿真各种测试信号，提供给被测电路，以达到测试的需要。 信号源的分类和作用 信号源有很多种分类方法，其中一种方法可分为混和信号源和逻辑信号源两种。其中混和信号源主要输出模拟波形；逻辑信号源输出数字码形。混和信号源又可分为函数信号发生器和任意波形/函数发生器，其中函数信号发生器输出标准波形，如正弦波、方波等，任意波/函数发生器输出用户自定义的任意波形；逻辑信号发生器又可分为脉冲信号发生器和码型发生器，其中脉冲信号发生器驱动较小个数的的方波或脉冲波输出，码型发生器生成许多通道的数字码型。如泰克生产的AFG3000系列就包括函数信号发生器、任意波形/函数信号发生器、脉冲信号发生器的功能。 另外，信号源还可以按照输出信号的类型分类，如射频信号发生器、扫描信号发生器、频率合成器、噪声信号发生器、脉冲信号发生器等等。信号源也可以按照使用频段分类，不同频段的信号源对应不同应用领域。 下面我们将对函数信号发生器和任意波形/函数发生器做简要介绍： 1、函数信号发生器 函数发生器是使用最广的通用信号源，提供正弦波、锯齿波、方波、脉冲波等波形，有的还同时具有调制和扫描功能。 函数波形发生器在设计上分为模拟式和数字合成式。众所周知，数字合成式函数信号源（DDS）无论就频率、幅度乃至信号的信噪比（S/N）均优于模拟式，其锁相环（PLL）的设计让输出信号不仅是频率精准，而且相位抖动（phaseJitter）及频率漂移均能达到相当稳定的状态，但数字式信号源中，数字电路与模拟电路之间的干扰始终难以有效克服，也造成在小信号的输出上不如模拟式的函数信号发生器，如今市场上的大部分函数信号发生器均为DDS信号源。 2、任意波形发生器 任意波形发生器，是一种特殊的信号源，不仅具有一般信号源波形生成能力，而且可以仿真实际电路测试中需要的任意波形。在我们实际的电路的运行中，由于各种干扰和响应的存在，实际电路往往存在各种缺陷信号和瞬变信号，如果在设计之初没有考虑这些情况，有的将会产生灾难性后果。任意波发生器可以帮您完成实验，仿真实际电路，对您的设计进行全面的测试。 由于任意波形发生往往依赖计算机通讯输出波形数据。在计算机传输中，通过专用的波
函数波形发生器.docx
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函数波形发生器的设计 一、验目的 1、学习函数波形发牛器的设实计方法； 2、了解单片函数发生器ICL8038的工作原理及应用； 3、掌握函数波形发生器电路的调试及主要指标的测试方法； 4、研究函数波形发牛器的设计方案。 二、实验原理 在无线电通信，测量，口动化控制等技术领域广泛地应用着各种类型的信号发牛器，常用的波形是止弦波，矩形波（方波）和锯齿拨。 随着集成电路技术的发展，己有能力同时产生同频的方波,三角波和正弦波的专用集成电路, 称为函数波形发生器，如ICL8038o 1.函数波形发生器 专用集成电路ICL8038就是一个函数波形发生器，其引出脚的排列及性能见附录一。典型应用电路如图5-2-1所示。 图5-2-1 161^038典熨应川电路
(完整版)数字信号发生器的电路设计_(毕业课程设计)
1 引言 信号发生器又称信号源或者振荡器，它是根据用户对其波形的命令来产生信号的电子仪器，在生产实践和科技领域有着广泛的应用。信号发生器采用数字波形合成技术,通过硬件电路和软件程序相结合,可输出自定义波形,如正弦波、方波、三角波、三角波、梯形波及其他任意波形，波形的频率和幅度在一定范围内可任意改变。信号源主要给被测电路提供所需要的已知信号（各种波形），然后用其他仪表测量感兴趣的参数。信号发生器在通信、广播、电视系统，在工业、农业、生物医学领域内，在实验室和设备检测中具有十分广泛的用途。 信号发生器是一种悠久的测量仪器，早在20年代电子设备刚出现时它就产生了。随着通信和雷达技术的发展，40年代出现了主要用于测试各种接收机的标准信号发生器，使信号发生器从定性分析的测试仪器发展成定量分析的测量仪器。自60年代以来信号发生器有了迅速的发展，出现了函数发生器，这个时期的信号发生器多采用模拟电子技术，由分立元件或模拟集成电路构成，其电路结构复杂，且仅能产生正弦波、方波、锯齿波和三角波等几种简单波形。到70年代处理器出现以后，利用微处理器、模数转换器和数模转换器，硬件和软件使信号发生器的功能扩大，产生比较复杂的波形。这时期的信号发生器多以软件为主，实质是采用微处理器对DAC的程序控制，就可以得到各种简单的波形。随着现代电子、计算机和信号处理等技术的发展，极大地促进了数字化技术在电子测量仪器中的应用，使原有的模拟信号处理逐步被数字信号处理所代替，从而扩充了仪器信号的处理能力，提高了信号测量的准确度、精度和变换速度，克服了模拟信号处理的诸多缺点，数字信号发生器随之发展起来。
信号发生器作为电子领域不可缺少的测量工具，它必然将向更高性能，更高精确度，更高智能化方向发展，就象现在在数字化信号发生器的崛起一样。但作为一种仪器，我们必然要考虑其所用领域，也就是说要因地制宜，综合考虑性价比，用低成本制作的集成芯片信号发生器短期内还不会被完全取代，还会比较广泛的用于理论实验以及精确度要求不是太高的实验。因此完整的函数信号发生器的设计具有非常重要的实践意义和广阔的应用前景。 2 数字信号发生器的系统总述 2.1 系统简介 信号发生器广泛应用于电子工程、通信工程、自动控制、遥测控制、测量仪器、仪表和计算机等技术领域。 本设计以AT89C52[1]单片机为核心设计了一个低频函数信号发生器。信号发生器采用数字波形合成技术,通过硬件电路和软件程序相结合,可输出自定义波形,如正弦波、方波、三角波、三角波、梯形波及其他任意波形，波形的频率和幅度在一定范围内可任意改变。波形和频率的改变通过软件控制，幅度的改变通过硬件实现。介绍了波形的生成原理、硬件电路和软件部分的设计原理。本系统主要包括CPU模块、显示模块、键盘输入模块、数模转换模块、波形输出模块。系统电路原理图见附录A，PCB （印制电路板）图见附录B。其中CPU模块负责控制信号的产生、变化及频率的改变；模数转换模块采用DAC0832实现不同波形的输出；显示模块采用1602液晶显示，实现波型和频率显示；键盘输入模块实
信号波形合成实验电路设计
信号波形合成实验电路 小组成员：李于飞、耿红鹏、赵珑 摘要：本设计通过产生不同频率和幅值的正弦信号，并将这些信号合成为近似的方波和三角波，构成了信号波形合成实验电路。本系统主要由8个部分构成：由NE555构成的方波振荡电路；主要由集成计数器74LS90和作为D触发器的CD4013构成的分频电路；使用LM318构成的窄带通滤波电路；由双运放LM318构成的移相电路；加法器合成电路；三角波合成电路；使用AD637构成的真有效值检测电路；MSP430F149单片机控制液晶显示电路。在本设计中，方波振荡电路可产生300KHZ频率的方波，经过分频电路和隔直电容以后成为双极性方波。再经过滤波和放大以后得到了所需的各次谐波，其经过移相电路之后初相位相同，即可通过加法器合成为近似的方波和三角波。各次谐波有效值可检测并由单片机控制对幅度进行显示。系统工作稳定，基本达到了题目的所有要求。 关键字：方波振荡电路；分频；移相；真有效值；信号合成。 目录 一、系统方案……………………………………………………… 1.1方波发生电路方案………………………………………….…… 1.2分频电路设计方案………………………………………….......
1.3 滤波电路设计方案……………………………………………… 1.4移相电路设计方案..................................... 1.5 信号合成电路设计方案……………………………………….... 1.6信号检测和显示方案……………………………………… 二、理论分析与计算……………………………………… 2.1系统原理框图…………………………………… 2.2方波信号的合成与分解…………………………………... 2.3三角波信号合成……………………………………….. 2.4反相加法电路.......... ............................................. 三、总体方案的设计与实现………………………………………. 3.1 555振荡电路原理分析与计算........................................... 3.2 分频电路............................................................... 3.3方波——三角波变换电路............................................ 3.4三角波——正弦波变换电路........................................ 3.5移相电路.................................................................. 3.6比例运算和合成电路...................................................... 3.7AD转换和液晶显示.............................................. 四、实验测试及测试结果分析 4.1测试仪器............................. 4.2整机标准 ............................... 4.3合成电路结果.......................... 4.4测试结果和分析........................