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摘要:介绍了一种基于单片机和复杂可编程逻辑器件( cpld)的高精度数
$ q4 U( J7 k9 F3 W字式移相信号发生器的设计，叙述了其工作原理和设计思想，完成了该移相
, j; x8 R6 j2 {1 Q, A信号发生器的软硬件的设计。经过半年的使用，表明稳定性好，精度高，效
4 `4 Y4 I7 T$ W: r0 h果十分理想，有推广价值。% O* h, e+ @* k, X. `$ R4 [# K
关键词: CPLD;DDS;单片机;移相信号发生器4 K0 m0 A- z* U% A- k) b K
1.引言5 t% }: S6 a( d* Z
由于传统的模报移相(如:阻容移相，变压器移相等)有许多
; @) x; r' t; O: N/ j9 i7 r! x+ z不足，如:移相输出波形易受输入波形的影响，移相角度还与负载/ K. S7 D5 F0 A0 W/ X
的大小和性质有关，移相精度不高，分辨率较低，面且，传統的横1 X a& F. Y1 x* K5 ]! Q
报移相不能实现任意波形的移相，这主要是因为传统的模拟移相由
* Q( k) a9 ?4 [3 Z# r3 U移相电路的幅相特性所决定，对于方波。三角波，锯齿波等非正弦
, h. k: q, ?# f! M: A信号各次诺波的相移。幅值衰减不-致，从而导致输出波形发生畸
0 W) A( I1 U4 a变.随著现代电子技术的发展，特别是随单片机和可编程技术的发' I: y, q& c( a9 F( n4 w$ Y' H
展而兴起的数字移相技术却很好的解决了这一-问题。0 a8 F$ u% I. S7 W: v
数字移相技术的核心是;先将模拟信号或移相角数字化，经移
3 Z9 |6 ?& O+ f相后再还原成模拟信号。其主要有兩种实现方式:一种是将读取波: H: s' ^. L8 c7 z7 `
形存储器的偏移地址映射为移相角，另一种是将波形的延时映射为
* |- k P# k8 ` v: }- @移相角，如;利用锁相倍频技术。单片机计数延时的方法来实现，
4 B$ _4 U6 D$ L其第一种方式最为典型，下面着重讨论利用直接数字频率合成0 b" s) ~' K M* G. g
( DDS)的方法来实现，频率。幅度。相位均可实现程控。/ I& I; c: |9 X T0 o" x8 ?# b; L
2高精度 数字式移相信号发生器工作原理 A ~2 s p; r- P- C) ]; v
该移相信号发生器是基于DDS技术而实现，其原理枢图如图10 G% Y* ^ k: ?
所示。' l( \5 J6 x, r* m! N3 A" H
从图1可以看出它由单片机小系统，高精度晶体振荡器，频
0 m' y( ~) v* c5 M9 b事。相位。幅度字寄存器，相位霸加器，波形存储器，相位加法6 _: x3 w+ X! L* J$ i) N- p
器。数模转换器，以及低通滤波器组成。其中。参考信号fe为高精 W6 d9 c9 W2 v% }
度品体报背器产生，阳中的虑线框为相位累加器。它是DDS的核' a$ A! H, R* r7 Z
心，它由一个N位字长的二进制加法器和-个N位累加寄存器构+ x2 O7 p8 H1 Z( D
成。其作用是对频半字黑加。
- s' w0 H& _' t* ~其工作原理:由键盘输入频率，相位，幅度控制字。每来1个/ ]+ m3 i! X& P" G+ O
时钟脉冲，全加器将频率控制数据与累加寄存器输出的累积相位数
0 f! Y4 w8 A/ k据相加。把相加后的结果送至累加寄存器的数据输入嘴。累加寄存
8 L# r& `' p1 X( V( K+ @器一方面将加法器在上--次相加后所产生的新相位数据反馈到加法
% q) m8 [# c; R$ N" {) Q3 ]器的输入端，另一方面其输出的地址分成两路，一路直接从波形存
5 m) l: ~$ @, z储器中取出波形幅度数据，经D/A转换器和低通滤波器将波形数据
$ s6 l$ E( [' C8 e- V: e! u" L转换成模拟波形，另一路通过相位加法器加上移相控制字P,形成7 d& D7 s2 j5 y5 C
移相信号的地址码，从波形存储器中取出波形幅度数据，最后经# S( j# j; J* Z4 l( n+ M
D/A转换器和低還滤波器将波形数揚转换成所需的移相信号。当相, v `/ d. ] ~6 R$ \4 g
位累加器累积满量时就会产生1次溢出，完成1个周期性的动作。: p* I$ a8 C: Q0 v
这个周期就是DDS合成信号的1个周期。设相位累加器的字长为
5 Z" Z$ N2 u* ?5 k( k* C8 V& yN,频率控制字为K,则输出信号的频率f、fq和频率分辨审Of为 .( D3 i) ~! F1 ?+ z" f
fs=fn=fc*K/2N
- E1 _! P4 I3 X△f=fCJN$ t; y# ]) s' b8 S V- ?$ }
相位加法器完成将数据地址的偏移量映射为信号间的相位差6 T1 H5 A- v: _" t
值。设相位加法器的字长为M,相位控制字为P,则输出的移相信号 l% W [7 s W6 J# Z4 x) r! B1 m
" Z! L" e- f- l; K5 ^9 N
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附件下载：
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发表于 2020-4-30 10:42
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