低频正弦信号发生器设计论文.doc

低频正弦信号发生器 1.摘要 正弦信号发生器是信号中最常见的一种，它能输出一个幅度可调、频率可调的正弦信号在这些信号发生器中，又以低频正弦信号发生器最为常用，在科学研究及生产实践中均有着广泛应用。 目前，常用的信号发生器绝大部分是由模拟电路构成的，从结构上看，正弦就是一个没有输入信号的带选频网络的正反馈放大电路。分析RC串并联选频网络的特性，根据正弦波振荡电路的两个条件，即振幅平衡与相位平衡，来选择合适的放大电路指标，来构成一个完整的振荡电路。很多应用中都要用到范围可调的 LC 振荡器，它能够在电路输出负载变化时提供近似恒定的频率、几乎无谐波的输出。电路必须提供足够的增益才能使低阻抗的 LC 电路起振，并调整振荡的幅度，以提高频率稳定性，减小 THD（总谐波失真）。当这种模拟信号发生器用于信号往往需要的RC值很大，这样不但参数准确度难以保证，而且体积大和功耗都很大，而由数字电路构成的低频信号发生器，其低频性能体积较，本文借助运算速度高，系统集成度强，且实现更加简便关键词:正弦波；振荡电路；稳幅。 方案一：直接数字合成频率合成器（又称DDS）使用集成芯片AT89C52作为产生20HZ～器等部分实现调频、调幅，ASK、PSK等功能，系统采用自动增益控制电路，通过启动DDS电路，把内存缓存区的数据送到DDS后输出相应的频率，使输出信号峰．峰值稳定在5 V左右，并送到20kHZ正弦信号的核心部件，并且运用DDS电路、8位数码管显示、功率放大LED(发光二极管)显示器进行显示。该系统输出稳定度和精度极高，适用于通信系统和高精度仪器。DDS以稳定度高的参考时钟为参考源，通过精密的相位累加器和DSP(数字信号处理器，DDS系统的一个显著特点是在DSP控制下能精确快速地处理频率和相位)、高速D／A变换器产生所需的数字波形(通常是正弦波形)，经过模拟滤波器后，得到最终的频谱纯净、频率和相位都可以编程控制且稳定性很好的模拟正弦波形，此正弦波能够直接作为基准信号源。下图是整个系统的流程图： 系统原理图1 但是直接数字频率合成式(DDS)信号发生器，其电路实现起来不是很容易，需用的集成芯片较复杂，且需要其他外围器件，因而其成本较高．它所使用硬件描述语言实现脉宽输出简化编程复杂度，其输出显示需要LED数码管与单片机合作使用，对于我们刚学完汇编语言的大学生来说，实现起来甚是困难。 方案二：基于正弦脉宽凋制(SPWM)理论．提出适合于数字电路实现的，抗干扰性强，可靠性较高的一种正弦信号发生器构想，它的总体构思是利用可编程逻辑器件(PLD)产生正弦调制的脉宽信号，然后通过三相PWM 逆变电路实现滤波从而产生精确的正弦信号．其优点在于使用可编程逻辑器件，使得整个电路控制灵活(可以在线编程)，而且可实现的输出频率范围广；采用脉宽调制形式使得能够对输出电压幅度和频率连续调节；滤波方法简单有效．与常规的用模拟电路方式实现的信号发生器和查表式的信号发生器相比，它的输出频率稳定、精度高、范围广。 脉冲宽度调制(Pulse Width Modulation，PWM)是用载波信号调制相当于基波的正弦信号，从而达到能够调节输出脉宽的方式．正弦信号脉宽调制，它是采用三角载波信号调制正弦信号．其传统的实现方法，是让三角波发生电路与正弦波发生电路通过一个比较器产生脉宽调制波． 但是，采用这种方式实现的脉宽信号大多采用模拟电路控制，由于采用大量的模拟元件组成电路，容易受温度漂移影响，造成频率和相位不稳定．它的控制电路复杂，给安装和调试带来不便。 方案三：基于555定时器构成的多谐振荡器能够产生正弦信号，可以采用数字电路作为正弦信号发生器。这种方法是由555首先产生正弦信号波，然后使其通过两个双BCD加法计数器4518，进行4级级联分频，选出满足要求的某一特定频率，再通过后面的滤波电路和放大电路输出信号。对于频率和电压的显示，再分别设计电路图，通过模数转换芯片使其变成能够在数码管上显示的数字信号。这种设计电路的核心部件是555定时器，通过调节滑动变阻器来改变信号的频率，使其满足要求，在20HZ～20kHZ变化，当然也可以用另一个变阻器来使电压达到5V。 系统原理图2 对上述电路的实现以及调节方法都比较简便可靠，并且产生的正弦信号误差较小，与理论值相差不大，只是在显示频率和电压方面，由于其电路中用到的元件主要是模数转换器，还附加另外的一些元件，使其连接变得很复杂，需认真看图。对我们来说，这些方法在我们的知识范围内，其原理和一些注意要点都为我们所熟悉，用到的一些芯片可以通过查阅参考书了解其作用和其原理以及管脚图的连接，这种方法是一种比较适合我们设计产生正弦信号的方法。当然，方案一和方案三在产生的信号也许比方案三更加精确，误差更小，但是，其中用到的许多元件以及电路连接相当复杂，特别是对