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
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
果十分理想，有推广价值。
1 [$ j# q0 V- K. |关键词: CPLD;DDS;单片机;移相信号发生器
& O4 R; k( ?# A& B5 b( a8 |+ u( m! C' R8 ]1.引言
% N% T# t8 l! C% R( q1 p2 ^. Q由于传统的模报移相(如:阻容移相，变压器移相等)有许多
! x, m& o9 [- s0 r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
+ `. \/ A5 ]( R  ]# A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
0 [; S/ R# j. ?- I# k; X5 [% x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
( C- E9 i% q2 u- u. \; Y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
. F* ?; R1 [& T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
% @! i0 g3 W( k6 k: X% N展而兴起的数字移相技术却很好的解决了这一-问题。
; ~! B% W0 G8 k7 }  ^1 o  t% 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
7 o4 D' S8 _+ {& v, R$ p" |( q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
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，
1 o+ s4 X7 }  \/ Q! ^% _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
. ~1 i9 T  p; c( 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
2 `( X7 m3 m! }/ N0 M9 m) i0 H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。
从图1可以看出它由单片机小系统，高精度晶体振荡器，频
1 R2 o. Y. [# h" I) e  [事。相位。幅度字寄存器，相位霸加器，波形存储器，相位加法
/ `& _' U2 X$ a. m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
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
( w4 g% ]3 U0 w1 q1 N% s  E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
: v  b& k6 B" W: \! y/ i) S3 c成。其作用是对频半字黑加。
其工作原理:由键盘输入频率，相位，幅度控制字。每来1个
( ]- M$ d- A; p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
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
& B7 o. [- j/ U; y- R. w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
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
- R0 E8 r. k. C9 }+ W5 ?0 d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
$ V6 i- |! c7 A9 Z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
8 K3 g- O" Z1 z" E  G3 z; O4 A% ED/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。
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
N,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 .
- x$ U/ X8 T1 V$ @, ]1 Sfs=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
+ z6 E0 T& l* j- W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
9 g0 B! b( P0 S


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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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