三相信号发生器.doc

题目：G_低频三相函数信号发生器 作者： 摘要 本系统基于直接数字频率合成（DDS）技术，系统以ALTERA公司的Cyclone系列的FPGA为数字平台，以TI的MSP430F169系列的单片机作为控制核心，频率范围20Hz~300KHz，频率稳定度优于10-5，最小步进1Hz，频率精度优于0.1%10kΩ负载上的电压峰-峰值Vopp≥20Vicroprocessor Control Unit MSP430F169,is based on Direct Digital Frequency Synthesize (DDFS) technology .The frequence generated ranges from 20Hz to 300KHz and step in 1Hz ,while the stability equals to 10-5 and the Frequency accuracy equals to 0.1% .The use of Operational Amplifier OPA552 results in a stable voltage 20V on 10kΩ loads. At the same time , it can also generate the FM signal and PWM wave ,the Duty- cycle of which can be controlled, the frequency of which can be preferenced and step in 1Hz .According to the simulation and the actual measurement ,it meets the requirements . 一、方案论证与比较 1、频率合成模块 方案一、数字锁相环频率合成技术，组成框图如A-1，锁相环主要由压控振荡器，环路滤波器，鉴相器组成，可与可编程分频器和晶体振荡器一起构成频率合成电路。频率稳定度与晶体振荡的稳定度相同，达10-5，集成度高，稳定性好，但锁相环锁定频率较慢，即频率转换时间较长，且有稳态相位误差。故放弃此方案。 图A-1 数字锁相环频率合成 方案二、采用基于直接数字频率合成的专用芯片AD9852。该方案具有频谱纯度高、集成度高等特点。由于AD9852自带48位相位累加的数控振荡器，会产生低噪声、高稳定的频率输出波形。但它只直接提供了实现多种数字调制的功能，像二进制PSK、二进制FSK，这类调制方式实现起来比较简单，二要实现模拟线性调制FM具有一定的难度。故此方案也不采用。 方案三、采用基于FPGA的直接数字频率合成。其组成框图如图A-2。直接数字频率合成(DDS)，具有频率切换速度快，频率分辨率高、可编程全数字化、相位连续、转换速度高、控制方便且有输出任意波形的能力等优点。用FPGA实现DDS技术比较灵活，可以产生多种调制方式，多种组合方式。故采用此方案。 图A-2 基于FPGA的直接数字频率合成 单片机控制、显示及输入模块 单片机控制模块采用TI的16位超低功耗MSP430系列的单片机，它相比于51系列的单片机具有灵活强大的处理能力、丰富的存储器及外设、超低功耗及有功能强大易于使用的开发工具等特性。 显示模块采用点阵型（128×64）液晶，可以显示汉字和简单，可设计出清晰地菜单，提供全面的信息，功耗低、界面友好，控制灵活。 键盘输入模块采用PS/2键盘输入，类似电脑的键盘输入，按键方便、灵活，同时可以节省单片机的IO口。 二、系统设计与理论分析 1、总体设计思路 单片机从键盘获得控制信息，通过计算得到控制字并通过IO口送给FPGA的频率和相位的控制端口，同时，将信息显示在LCD上。FPGA输出信号通过DA转换产生预置频率和相位的正弦信号或FM已调信号，经过低通滤除谐波分量和杂散信号后得到正弦信号或FM已调信号。然后将该正弦信号或FM已调信号送至功率放大模块放大，使输出信号满足在10kΩ负载电阻上的电压峰-峰值Vopp≥20V 图A-3 系统结构框图 2、各模块实现原理 （1）三相正弦波产生模块实现原理 如图A-4，相位累加器为40位的累加器，输出为为0~（240-1），取其高八位作为ROM查表的地址输入端，ROM表中存放一个周期的正弦内的256个点的数据。fout1~fout3为1、2、3路信号的输出，频率控制字控制输出频率的大小，相位控制字1控制1、2路得信号相位，相位控制字2控制2、3路得信号相位，fclk为系统时钟，公式计算由理论分析给出。 图A-4 三相正弦波产生系统框图 （2）FM调制系统实现原理 调频信号的产生充分利用FPGA的内部资源，由FPGA产生稳定精确的10KHz载波，同样利用DDS原