【浙江理工电赛】低频双相正弦信号发生器(F题)

简介:题目:低频双相正弦信号发生器(F题) 成员:冯泽霖、罗浩伦、王宇航 获奖情况:浙江理工大学第五届电子设计大赛校三等奖

开源协议: GPL 3.0

发布时间:2020-06-25 16:14:17
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描述

本项目获浙江理工大学第五届电子设计竞赛三等奖

队伍编号:ZSTU023

队伍成员:冯泽霖、罗浩伦、王宇航

指导教师:吕军、戴燕云

《校级电子设计竞赛》 设计总结报告

题目:低频双相正弦信号发生器(F题)获奖情况:浙江理工大学第五届电子设计大赛校三等奖

1 设计任务与要求

设计、制作一个低频双相信号发生器,它在特定的频率范围内输出两路***独立***的正弦波、方波、三角波、锯齿波、调制波(可***程控设置***产生信号的幅度、频率和相位差) ;并在 lcd 显示器上显示出当前两路信号输出的波形、频率、幅值以及相位差,在示波器上显示波形。

  • 基本要求
  • (1)两路信号独立,均可程控输出正弦波、方波、三角波和锯齿波;(10分)
  • (2)两路信号输出最大幅度不低于 3V,每路幅度单独程控可调,设置分辨率 100mv;(10分)
  • (3)两路信号频率范围从 1000Hz 到2000Hz 可调,步进值 10Hz,频率准确 度不低于 1%,且每路信号频率和步进值单独程控可调;(10分)
  • (4)产生两路频率相同的正弦信号,程控设置其相位差,可以在 0—360 度内变化,步进 10 度;(10分)
  • (5)产生的方波、锯齿波占空比在 1%—99%范围内可调,设置分辨率不低于 1%;(10分)
  • 发挥部分
  • (1)两路信号输出最大幅度不低于 6V,每路幅度单独程控可调,设置分辨率不 低于 10mv;(5分)
  • (2)两路正弦信号频率步进值不大于 1Hz,频率准确度不低于 0.1%;(5分)
  • (3)两路同频正弦信号的相位差设置分辨率不大于 3 度;(10分)
  • (4)产生模拟幅度调制(AM)信号:在 100KHz~1MHz 范围内调制度 ma 可在10%~100%之间程控调节,步进量10%,正弦调制信号频率为100Hz;-(10分)
  • (5)产生模拟频率调制(FM)信号:在10KHz~1MHz 频率范围内产生1KHz最大频偏。且最大频偏可分为 500Hz/1KHz 二级程控调节,正弦调制信号为 100Hz;(10 分)
  • (6)花样输出:能在示波器上显示花样,例如:显示 W,V,L,N 等简易字母 的符号。(10分)
  • 说明 :
  • 1、作品中***不得使用集成DDS芯片,不得使用单片机片内的DAC,***如果使用集成 DDS芯片,扣5分,如果使用单片机片内DAC,扣5分。
  • 2、设计报告正文中应包括系统总体框图、波形发生原理、主要的测试结果。详细电路 原理图、程序或电路图、测试结果用附件给出。
  • 3、指标中所指的幅度为***峰峰值***。

2 低频双相正弦信号发生器模块与软件设计

  • 2.1 FPGA核心板 使用以Altera公司飓风四代芯片Cyclone Ⅳ EP4CE6E22C8为核心的FPGA核心板进行开发,FPGA 器件属于专用集成电路中的一种半定制电路,是可编程的逻辑列阵,能够有效的解决原有的器件门电路数较少的问题。FPGA 的基本结构包括可编程输入输出单元,可配置逻辑块,数字时钟管理模块,嵌入式块RAM,布线资源,内嵌专用硬核,底层内嵌功能单元。由于FPGA具有布线资源丰富,可重复编程和集成度高,投资较低的特点,在数字电路设计领域得到了广泛的应用。使用FPGA核心板进行本题的制作,可以通过编程门阵列实现要求,达到***完全程控***的目标。
  • 2.2 STM32F103VCT6核心板 使用以意法半导体公司的STM32F103VCT6芯片为核心的开发板进行本题的制作。主流的Cortex内核具有极高的性能,丰富合理的外设、强大的软件支持以及全面丰富的技术文档让STM32开发板成为电子设计竞赛的不二之选。
  • 2.3 DAC模块 选用DAC900,10位分辨率,165MBPS高速差分电流输出的高性能数模转换器,超高速的速率完全满足本题的要求。在5V电源条件下,想实现6V的峰峰值是不可能的,故利用DAC900的差分输出,将差分电流输出转换为单端正负电压输出,最大值只需要达到±3V,可以方便地实现幅度要求。
  • 2.4 后级放大电路 以OPA695搭建同相放大器,OPA695是超宽带的电流反馈放大器,具有极高的转换速率和超宽的带宽,适用性很高。
  • 2.5 系统软件设计
  • 2.5.1 FPGA 系统复位后,默认输出满量程1KHz正弦波,通过I/O口检测、接收STM32的命令,根据命令对输出波形进行处理。STM32默认拉低所有I/O口电平,当键盘发出指令时,拉高对应I/O口电平,FPGA对其进行判断并执行命令。
  • 2.5.2 STM32 系统启动后,进行系统的初始化、液晶初始化,等待按键中断,如果有按键按下后确认有按键按下,根据按键返回的值做相应处理。参数分别有通道选择、波形、频率、相位、占空比、幅度。
  • 流程图:

图片3.jpg

  • 作品图:

图片2.jpgSTM32与FPGA代码已开源。

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