低频三相函数信号发生器(5)

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图4 D/A转换模块

2．低通滤波模块

巴特沃思低通滤波电路，在通频带内外都有平稳的幅频特性，滤波输出的信号总会在第一个周期略微有些失真，但往后的幅频特性就非常的好。为了减少运放对滤波电路的负载效益，同时便于调整，我们选择两个二阶巴特沃思低通滤波器串联的方法，构成一个四阶巴特沃思低通滤波器，其原理如图5。电路中各参数可通过差表式软件Filterlab生成，并稍加修改即可。

图5 四阶巴特沃思滤波电路

3．波形移位和电压放大模块

DDS合成输出的波形的幅值全都大于零，因此要设计一波形移位电路将幅值为零的点全部移到X坐标轴上，波形移位原理如下图6。波形移位部分，其核心部分是一电压跟随器，电压跟随器的输出Vo1=（Vin-Vp），所以输出的Vo1就相当于在输入Vin的基础上下移了Vp伏，而Vp又受可变电阻器Rw1的控制，通过划动此变阻器理论上可将Vin的波形向Y轴负方向下移0~12V。赛题要求输出的电压的峰峰值在10k的电阻上不小于20V，而波形移位模块输出波形的峰峰值最大仅有3.3V(FPGA的I/O输出电压只有3.3V),所以要加一电压放大电路，放大模块的核心器件为集成运放OP37，由《模拟电路》知识知，Vout=-Vin*Rw2/R3，Rw2/R3的范围是0~10，因此通过调节Rw2可以使输出波形的峰峰值在0~10Vo1间变化，即输出信号的峰峰值最小可到0V，最大可达33V,这足以满足赛题20V的要求。另外，易知此放大电路为反相比例放大类型，由于理想运放的输出电阻ro趋近于零，所以 输出电阻Ro也趋近于零，则输出电压基本上不会受负载的影响。

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图6 波形移位和电压放大原理图 六、单片机软件设计 1.设计思想

单片机主要控制频率控制字与相位控制字的传送、按键的识别和显示等。 按键识别部分：通过P1对16个按键进行扫描，判断有无按键按下以及哪一个或哪几个按键被按下，根据按键扫描的值进入相应的处理程序，案件的扫描可采用线反转的方法实现。

液晶显示部分：根据要显示的内容，控制显示内容的位置和相关汉字提示。 串口传输频率控制字和相位控制字：根据按键扫描的值确定是否需传送控制字，以及是传送相位控制字还是频率控制字，并通过单片机的串行口将其传出。

2.软件流程图

图6 单片机主程序流程图

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七、系统测试 1．基本部分测试

基本部分测试主要包括频率步进和频率预置，结果如下表1：

2.发挥部分测试

发挥部分要求测试如下表2、表3：

3.测试结果分析

1）由表1可知，预置频率与实际输出频率的误差分别为 平均误差为 满足频率精度为0.1的要求；步进频率与实际输出频率增加量间的误差分别为 平均误差为 也满足频率精度为0.1的要求。 2）由表2可知， 3）由表3可知，

4.误差分析

由以上测试结果可知，本系统存在的误差主要有频率步进误差、频率预置误差、相位步进误差和相位预置误差。