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2014年某某省大学生电子设计竞赛

双相信号发生器〔X题〕

【本科组】

2014年7月21日

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word 摘要

该系统以STM32为控制核心，以现场可编程门阵列FPGA为主要运算单元，通过FPGA分别输出两路SPWM波，方波，矩形波，其中两路SPWM波分别通过低通滤波器获得两路正弦波。SPWM波通过波形比拟的方法产生，然后通过八阶有源低通滤波器得到正弦波；方波，矩形波通过控制上下电平计数时间获得。其中两路信号相位差，幅度据可调。整个系统构成了具有两路正弦波，方波，矩形波输出的双相信号发生器，同时能够产生FSK，ASK调制波，满足根底局部要求和发挥局部大局部要求，人机交互界面良好。

关键词：SPWM波调制与解调 信号发生器

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word 一、系统方案

此题目要求设计，制作一个双相信号发生器，在特定的频率X围内输出正弦波，方波，矩形波，信号的幅度和相位差可以程控设置，但电路中不得使用任何DAC芯片，DDS芯片或微处理器的DAC功能。因此调幅电路成为硬件电路设计重点，而软件设计重点在于产生两路程控的SPWM波。

1.1 SPWM波产生方案的设计与论证

方案一：利用STM32内置的PWM脉冲发生器，微处理器通过定时中断服务程序产生SPWM脉冲，在每个载波周期必须进展中断处理，对处理器的要求较高，从而也限制了载波频率进一步的提高，同时微处理器的处理任务也更加繁重。此外，微处理器中不确定的中断响应会导致PWM脉冲的相位抖动。

方案二：利用FPGA内部的正弦脉宽调制器，正弦波与三角波比拟产生SPWM波。正弦调制波的产生采用查表法。三角波可有计数器直接获得。此方案结构灵活，精度较高可操作性强等特点。

方案三：利用模拟电路分别产生正弦波，三角波，再通过比拟器来确定它们的交点，在交点时刻对开关器件的通断进展控制，即可产生SPWM波，但电路结构复杂，难以实现准确的控制。 比拟上述三种方案，故采用方案二。

1.2 低通滤波器方案的设计与论证

方案一：通过滤波器设计软件获得八阶有源低通滤波电路，但电容电阻难以比配，电路复杂难以焊接和调试。

方案二： 通过级联设计，将三路二阶有源低通滤波器级联，以此获得高阶低通有源滤波器，但每个二阶有源低通滤波器难以做到其截止频率和相位关系完全一致。

方案三：通过集成滤波芯片LTC1562构成八阶巴特沃斯低通滤波器，外围电路只用匹配电阻、电容，电路简单，并且选频特性良好。 比拟上述三种方案，应当选用方案三。

幅度调节模块方案的设计与论证

方案一：通过可变电阻器件集成DA与运放搭建的衰减电路进展幅度调节，因为集成DA精度高、控制简单，可以很好实现题目要求的12bit的分辨率要求，但题目要求不能使用集成DA芯片。

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