设计报告
学员：范广腾200604013009
陈 雷200604013012
范晓雷200604014027
摘 要
本系统主要以单片机为控制核心，由FPGA模块、键盘输入模块、LED显示模块、DA转换输出、巴特沃斯有源低通滤波器等部件组成。采用DDFS技术，该系统具有较宽频率带、步进值小和频率精度高等特点。 1. 设计任务
设计制作一个波形发生器，该波形发生器能产生正弦波、方波、三角波和由用户编辑的特定形状波形。
2. 设计要求及完成情况汇总
2.1. 基本要求
基本要求 | 蚜虫的资料 项 目 | 完成情况 |
具有产生正弦波、方波、三角波三种周期性波形的功能 | 完成 |
用键盘输入编辑生成上述三种波形（同周期）的线性组合波形，以及由基波及其谐波（5次以下）线性组合的波形 | 基本完成 |
具有波形存储功能 | 完成 |
输出波形的频率范围为100Hz～20kHz（非正弦波频率按10次谐波计算）；重复频率可调，频率步进间隔≤100Hz | 完成（步进间隔95Hz） |
酶制剂输出波形幅度范围0～5V（峰-峰值），可按步进0.1V（峰-峰值）调整。 | 分布操作系统完成（步进0.02V） |
具有显示输出波形的类型、重复频率（周期）和幅度的功能 | 完成 | 休闲农业园区规划设计
设计与总结报告：方案比较、设计与论证，理论分析与计算，电路图及有关设计文件，测试方法与仪器，测试数据及测试结果分析。 | 完成 |
发挥部分 | 输出波形频率范围扩展至100Hz～200kHz | 完成 |
用键盘或其他输入装置产生任意波形 | 未完成 |
增加稳幅输出功能，当负载变化时，输出电压幅度变化不大于±3%（负载电阻变化范围：100Ω～∞） | 完成（最大变化±1.2％） |
具有掉电存储功能，可存储掉电前用户编辑的波形和设置 | 未完成 |
可产生单次或多次（1000次以下）特定波形（如产生1个半周期三角波输出） | 未完成 |
其它（如增加频谱分析、失真度分析、频率扩展>200kHz、扫频输出等功能） | 完成（频率扩展至389kHz,正弦波到1MHz） |
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毛岸成
四种形态和教育惩处相结合的认识
3. 方案设计和论证
3.1. 波形发生器
方案1 :采用传统的直接颇率合成DS技术。这种方法能实现快速频率变换.具有低相位嗓声以及所有方法中最高的工作濒率。但由于采用大量的倍频，分频、混颇和滤波环节。导致直接频率合成器的结构复杂、体积庞大，成本高、而且容易产生过多的杂散分量。难以达到较高的频谱纯度;更重要的是；这种方法只能实现正弦波，或者进而由积分、微分等方法实现方彼、三角波等标准波形、但却无法实现题目所要求的任意波形。
方案2;采用锁相环式频率合成器。利用锁相环，将压控振荡器VCO的输出频率锁定在所需频率上。这种频率合成器具有很好的窄带跟踪特性，可以很好地选择所需频率信号，抑制杂散分量，并且省去了大量的滤波器，有利于集成化和小型化。但由于锁相环本身是一个惰性环节，镇定时间较长，故领率转换时间较长。而且，由模拟方法合成的正弦波的参数，如幅度、频率和相位都很难控制:除此之外，同方案1类似，此方案也无法实现任意波形的输出。
方案3;采用直接数字式频率合成器(Direct Digital Frr-quency Synthesis,简称DDB或DDB).用随机读写存储器RAM存储所需波形的盆化数据.按照不同频率要求以频率控制字k为步进对相位增量进行票加，以票加相位值作为地址码读取存放在存储器内的波形数据.经D/A转换和幅度控制，再滤波即可得所需波形(如图1)。由于DDS具有相对带宽很宽、颇率转换时间极短(可小于20ns)、频率分辨率可以做得很高(典型值为0.001Hz)等优点。另外，全数字化结构便于集成.抽出相位连续.频率、相位和幅度均可实现程控，而且理论上能够实现任意波形，可以完全满足本题目的要求。于是我们采用了此种方案。
图1 系统流程
3.2. 幅度控制
方案1：采用双数模转换技术，由单片机控制对DAC0800置数.改变其输出电流，经电流/电
压转换后通过电阻以电流源的形式作为高速乘法型D/A转换器DAC0800的基准电流，由此即可控单片机控制输出波形的福度。但此种方法不能准确实现步进0. I V的要求，且当基准电平为零时.其物出不一定为零。
方案2：采用数控电位器组成的电阻分压网络，但由于数控电位器的分挡数(3挡)不能满足题目的要求.而组合接法又比较复杂，故未采用此种方案。
方案3：幅度控制器由DAC0800控制.利用其内部的电阻分压网络，将其作为数控电位器使用。将DAC0800的输出波形作为下一片DAC0800的电压基准源输入，其输出波形幅度将为V=(N/256)x Vin,其中N为单片机输人的幅度控制字。我们采用了此种方法。通过一精密可调点压源调整输出为峰一峰值0—10V，再送入次片DAC0800由单片机控制其幅度。从而实现峰一峰值 0.1V步进调整。
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