基于单片机和CPLD的数字式移相信号发生器的设计

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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
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
3 ]+ T6 D- K9 E* B8 r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
( y7 t+ Q( u& c/ E' o* D* P果十分理想，有推广价值。
- ^9 m; p& ^" |+ ~) u& [: ?: t关键词: CPLD;DDS;单片机;移相信号发生器
$ O& U. w# _5 `3 G1.引言
由于传统的模报移相(如:阻容移相，变压器移相等)有许多
% H2 l- v: C% ?! A0 Z& W0 M& H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
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
5 y2 @: ?: y% T- V& v- Q! ^9 _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
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
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
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
展而兴起的数字移相技术却很好的解决了这一-问题。
' l3 V+ b! l8 Q6 v6 J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
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
) X0 k; P" m/ z8 V$ E/ B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
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，
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
( DDS)的方法来实现，频率。幅度。相位均可实现程控。
2高精度 数字式移相信号发生器工作原理
! Y1 U- ~1 b) S: O! |% _; y& i该移相信号发生器是基于DDS技术而实现，其原理枢图如图1
所示。
( d* ?0 F! A) o从图1可以看出它由单片机小系统，高精度晶体振荡器，频
7 q8 u, p: l8 L2 T5 p1 U' u事。相位。幅度字寄存器，相位霸加器，波形存储器，相位加法
% @: i( G, U; ?  e% ?$ [9 `: ]) q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
4 v6 k1 U1 s: h' c5 X: W7 z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
: [& A9 Q4 c- q& f4 S; J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
成。其作用是对频半字黑加。
) F. L% l- l0 E8 \" j其工作原理:由键盘输入频率，相位，幅度控制字。每来1个
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
4 ]4 f! V2 g7 [; i0 J3 y7 n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
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
6 U9 [3 X, ]  [+ Z7 J' y$ B! z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
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
  c8 u( M0 f9 @/ Z) i/ E0 e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
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
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
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。
: N" Y0 N) d9 e2 A( ?, w) {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
" D1 _/ H, q% X5 XN,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 .
fs=fn=fc*K/2N
△f=fCJN
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
' n7 Q( |" Y% L& w6 h+ k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

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三角波，锯齿波等非正弦信号各次诺波的相移

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