《全国电子大赛二等奖作品——正弦信号发生器的设计与制作》.pdfVIP

维普资讯 、 单 柚甫Ⅱ作 全国电子大赛二等奖作品 正弦信号发童器孵覆 蔫潮豢 ◆大连理工大学创新院 赵亮 尹书杨 王鹤 指导教师吴振宇 频谱纯度高、能有效抑制杂散分量、电路 DDS原理框图如图 1： 结构简单等优点。但是，锁相环在高分辨 它的输出频率可以由下面公式推导： 率和高速度转换之间存在矛盾 ，因而一 f K鼻fck|／2N 1．正弦信号发生器的设计 般用于步进较大的频率合成技术中。 其中：f为输出频率 ，K为频率控制 方案一：采用直接模拟频率合成技 方案三：采用DDS 直接数字频率 字，f 为时钟频率 ，N为相位累加器的 术，直接模拟合成利用倍频 乘法 、分 合成 技术，DDS的工作原理是在采样 位数。 频 除法 、混频 加减法 和滤波技术， 时钟的控制下，通过有频率编码控制的 对比以上几种方案的优缺点，在本 从一个或多个高稳定度和精确度的参 相位累加器输出相位码，将存储于只读 系统中，我们采用了方案三。 考频率源产生所需的频率。该方案的优 存储器 中的波形量化采样数据值按一 点是频率转换时间短 小于 100ns ，载 定规律读出，经 D／A转换器和低通滤波 2．正弦信号幅度控制 频相位噪声好等。缺点是硬件电路体积 器后输出正弦波信号。其主要组成单元 方案一：采用高速宽带运放直接对 大、功耗大且易产生过多的杂散分量， 为：相位累加器、相位相加器、波形存储 1K到 10M信号进行放大，但是在实际 频谱纯度不高，合成的正弦波的幅度、 器、数字相乘器和D／A转换器。该方案 测试了几种宽带放大器之后发现．当信 相位等参数难以控制。 简单易行，电路简单，输出波形精度高， 号频率达到 10M 时，很难对信号进行放 方案二：采用基于 PLL的频率合成 易于控制。 大，而且输出波形极不稳定，易受外界干 技术。利用锁相环完成对参考频率源的 加、减、乘、除运算，从而得到预期的频率 输出。锁相环技术具有 良好的窄带跟踪 特性，可以根据需要选择频率信号。相对 于直接模拟频率合成而言，锁相环具有 图A一1 DDS原理框 图 之间时信号相对较好，这就要求传感器 平，当遇到黑色轨迹时对应传感器无返 要根据实际情况对路面进行调整，以求 回信号，这样信号端变为低 电平输出。 找到合适寻迹距离。由于本设计采用成 传感器寻迹示意图6如下： 品，实际应用只是当小车在有色 非黑 本设计基本讲述普通步进电机的原 色 路面行驶时接收端的信号线为高电 理应用以及驱动电路，同时应用当前流 行的8位高档单片机 ATMEGA128的 A 软件 设计 采 用外 部 中断 INT0、 在片外设 PWM功能对电机速度进行控 INT1，通过传感器外部下降沿触发 ，从 制，红外反射式光电传感器在 自主式寻 而产生PWM调制脉冲调节小车速度和 迹、避障智能小车上的应用，更进一步融 转向，同时用液晶时时显示小车运行状 合了这几个模块之间的应用连贯性。 图6 小车从 A—B沿黑色轨迹行驶 态。流程图如图7。 暖 维普资讯 单 棚制作 扰 ，容易产生 自激振荡；而且，高频放大 振荡电路 ，同样，它的硬件结构也是比 AD转换器对调制信号在一个或者几个 器的低频特性都较差，低频放大器的高 较简单的，只是在迟滞比较器的基础 周期内采样量化，并整理采集得到的数 频特性也不理想。 上，外加一个 RC组成的积分电路。但是 据。根据信号的幅度计算得到相应的频 方案二：采用高频特性较好的三极 调试相对复杂，要产生精准的方波信 偏。最后通过单片机计算得到最后的频 管放大~,I,J／D阻容等分立器件搭接，这是 号，不仅要性能较好的运算放大器，而 率控制字送给DDS芯片输出。 一 种通用的电路，而且在理论上是可行 且还需要高精密的电位器调节，这样自 由于题 目中只要求对 1k频率的调 的，但是由于信号频带太宽，分离元件 然会增加成本。 制信号进行调频，我们在系统中可以采 电路调试复杂，参数很难控制，所 以这 方案三：直接用单片机通过软件编 用软件模拟的办法，直接计算调制信号 种方案也很难实现。 程来实现二进制基带序列，这样的话 ， 幅度并得出相应的频率控制字 ，送给 方案三：采用分档放大的方法，当信 不仅精度能满足题 目要求，而且成本大 DDS芯片输出。这样达到了题 目的要求， 号频率小于 100k时采用低频放大器 大降低了，还有利于单片机对整个系统 又节省了硬件 电路。调制过程中，载波信 NE5532．它有 10M带宽，在 100k时可以 的协调控制，所以在系统中我们选择了 号有键盘直接控制输出，调制频偏只需 放大 15～20倍左右，当信号频率大于 该方案。 要键盘设定是5k或