参赛单位：青岛建筑工程学院 指导老师：赵艳秋 张民 张天开 参赛队员：赵玉军 房瑞金 胡明辉
按键输入LED显示单片机DA0800输出DA0800输出平滑滤波信号输出平滑滤波信号输出 图2－8 数字式移相信号发生器的设计框图
器件选择及相关的计算：
题目要求频率范围在20Hz－20KHz，步进20Hz可得：频控字K从最低输出频率到最高输出频率变化至少20KHz/20Hz=1000,因此至少使用10位计数器。从单片机的存储能力和计算能力考虑，使用16位无符号整形表示K,使用范围1-2048，即实际使用11位。根据要求，为了在最高频率20KHz时输出平滑波形，使用32点输出，因此选择了具有665.36KHz的DA输出速度的DA0800器件。在此频率下，在输出20.48KHz信号时保持32点输出，波形相当平滑。最高可以输出40.96KHz信号。在软件DDFS计算过程中，移位和计算ROM表的地址比较耗时，为了提高计算速度，使用了空间换时间的方法，在ROM表中连续构造每周波2048点的正弦表3个。通过这种方法，减少了计算地址移位的时间和避免了B相相位叠加后溢出的问题。通过优化，AVR CPU可以在25机器周期内完成两通道DDFS计算并送DA输出。因此我们选用了16.384MHz四脚晶振作为CPU时钟，实现了16.384MHz/25=665.36Khz的输出频率。软件DDFS算法如上图，程序如下：
Loop: LPM
OUT PORTA,R0 ADD R30,R18 ADC R31,R19 LPM
OUT PORTC,R0 NOP
ADD R28,R16 ADC R29,R17 MOVW R30,R28 LSR R31 ROR R30 LSR R31 ROR R30 LSR R31 ROR R30
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LSR R31 ROR R30 ADD R31,R27 RJMP Loop
DA输出后经放大器，即可得到平滑的波形。即，用放大器实现了平滑滤波的作用。经实验发现其效果很好。
按键操作：本键盘由设置键、确定键、上下键和左右键六个键组成。可以实现频率和相位的参数设置。 软件流程图：
数字式移相信号发生器的软件实现流程图如图2－9所示：
复位开始 重设参数 参数初始化 调出原存储设置
检测按键 按键类型识别
启动键 上下键 左右键 修改频率设置 修改相位设置
存储参数 LED显示
图2－9 数字式移相信号发生器软件流程图
输出波形 18
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参赛队员：赵玉军 房瑞金 胡明辉
3、模拟移相部分
此部分我们按照题目要求设计、安装并测试了移相网络 电路图设计：
移相网络的实现电路如图3－1所示（频率在100Hz时的电路图）：
图3－1 移相网络硬件实现电路 当频率在100Hz和10KHz时，只需将电路中的R1 和R2分别同时换成16Koh和 160oh的电阻。
其理论仿真结果（在1KHz时）如图所示：
正相移时： 负相移时：
理论分析与计算
移相网络中各元件参数的选择：
设电源的电压为U，则由电路图3－1可得：
. 19
参赛单位：青岛建筑工程学院 指导老师：赵艳秋 张民 张天开
.参赛队员：赵玉军 房瑞金 胡明辉
.RU1?U （1）
R?j(2?fc).?j(2?fc). U2?U （2）
jR?2?fcU3?kU1?(1?k)U2 （k为变阻器得分阻系数，满足0?k?1） （3）
...U4?(1?R6R3)U3 (4)
由式 （1），（2），（3），（4）可得：
.....kR?(1?k)jjR?2?fcU4?(1?R6R3)[kU1?(1?k)U2]?(1?R6/R3)?由（5）式可知：U4与U的相位差为：
2?fcU （5）
.??arctan
11?k?arctan （6） 2?fc2?kfcR由题目要求相移范围在?45?～+45?可得：
1arctan()＝45? 即：
2?fcR1Rc? (7)
2?f由此可知，当频率f一定时，Rc的乘积为定值。例如：
f=100Hz时，Rc=1/(2*3.1416*100)=1..592?10,只要确定一个参数的值，则另一个参数也可确定。
题目要求有三个频率点，考虑在每个频率点上，系统都有应有较大的电阻，再综合考虑实际器件的数值，我们可选择的参数如下：
在频率f=100Hz时，取R1=R2=16koh,c=0.1uF; 在频率f=1KHz时，取R1=R2=1.6koh,c=0.1uF; 在频率f=10KHz时，取R1=R2=160h,c=0.1uF; 变阻器R9是用来调相位的，阻值取1Koh即可。
由于A端的输出为电源电压的同相分压，所以其最大幅值为电源电压的幅值。题目要求A端的输出峰峰值最大为5v，因此，电源电压的幅值为2.5v。
由式（5）可得U4与U的幅值关系：
3R6k2R2?(1?k)2(4?2f2c2)U4?(1?)U （8） 2222R3R?1(4?fc)由上述结论可知R?1，所以当k＝0或k＝1时，根式里的值最大（为0.5），由于题目要2?fc求电压的最大峰峰值为＋5v，因此要求R6与R3之间必须满足一定的关系，即：
(1?R6)?0.5?1 (9) R3由此得：R6=0.414*R3 我们取R3＝6.7koh，则R6＝2.8koh
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