任务名称
方案设计 - 简易正弦波信号发生器的制作
任务要求
难度

背景:

当前生成“任意波形”一般都会采用DDS的方式,在数字域通过查找构建好的波形表,按照一定的频率和相位间隔将查找表得到的数据送给外部的DAC,转换为模拟信号,再对该模拟信号进行信号调理,从而得到满足一定幅度和直流偏移指标的模拟信号。

在很多场景下,也可以通过PWM + LPF的方式来用做DAC,只是受限于PWM的时钟频率,其等实现的转换率和幅度精度就会受到限制;而为PWM信号搭配的低通滤波器的设计也会影响生成信号的性能。

PWM和模拟波形之间的关系

要求:

假如,我们手头没有DAC,能用的数字系统(FPGA或MCU)也只有2根数字IO管脚可以使用(能用来输出PWM信号),系统的最高时钟频率为96MHz,要制作一个频率可调、幅度可调、直流便宜可调节的正弦波信号发生器:

  1. 设计数字部分的逻辑(FPGA)或代码(MCU),实现DDS及相应PWM的功能
  2. 在给定+/-5V电源条件下,设计模拟部分的电路,能够将数字部分两个数字IO输出的PWM信号得到满足以下指标的正弦波信号。
    • 基本要求:
      • 信号频率:20Hz - 20KHz,步长为1Hz
      • 负载600欧姆时,输出幅度最高为8Vpp,调节步长为10mV
      • 直流偏移调节范围从-4V到+4V,调节精度为10mV
      • 非线性失真系数低于3%
    • 发挥部分:
      • 生成正弦波的频率范围为20Hz - 200KHz,步长为1Hz
  3. 使用任意一款自己熟悉的仿真软件对设计的模拟电路进行仿真,将电路方案、数字部分的代码以及模拟电路的仿真结果发布在电子森林的项目平台。
评审标准

包括三部分:

  1. 方案设计
    1. 方案设计合理,能够满足系统要求的指标
    2. 通过直观的框图以及定量的分析来展示方案是如何构成的
  2. 方案实施
    1. 数字部分需要编写完整的代码,并符合设计规范
    2. 模拟部分需要选择功能满足要求、价格低廉的器件方案
    3. 如果使用FPGA,需要使用仿真工具给出仿真结果
    4. 模拟电路中需要使用任意一款自己熟悉的仿真给出仿真结果
  3. 方案报告
    1. 字数不低于1000字
    2. 包含项目的需求、方案设计、方案实施、仿真结果、总结等部分
    3. 方案中内嵌核心代码或电路,以及针对这些代码和电路的解释
  4. 附件
    1. 需要提交项目报告
    2. 需要提交数字部分的代码以及最终能够下载到芯片内的二进制文件
    3. 需要提交模拟电路的仿真文件(以短链接的方式)
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