Реферат: Цифровой генератор синусоидальных колебаний
Различают аналоговые и цифровые генераторы.
Аналоговые генераторы преобразуют энергию источника постоянного напряжения в энергию переменного выходного сигнала. ,Генератор гармонических колебаний должен содержать по крайней мере одну частотно-избирательную цепь, которая бы обеспечивала выполнение условия самовозбуждения на заданной частоте. В зависимости от вида частотно-избирательной цепи различает LC-генераторы, RC-генераторы, кварцевые генераторы и другие.
Для аналоговых генераторов гармонических колебаний важной проблемой является автоматическая стабилизация амплитуды выходного напряжения. Если в схеме не предусмотрены устройства автоматической стабилизации, устойчивая работа генератора окажется невозможной. В этом случае после возникновения колебаний амплитуда выходного напряжения начнет постоянно увеличиваться, и это приведет к тому, что активный элемент генератора (например, операционный усилитель) войдет в режим насыщения. В результате напряжение на выходе будет отличаться от гармонического. Схемы автоматической стабилизации амплитуды достаточно сложны. На рис. 1 показан RC-генератор на ОУ с упрощенным мостом Вина и простейшей схемой стабилизации амплитуды.
Рис. 1
На рис. 2 изображена упрощенная схема кварцевого генератора на основе операционного усилителя при использовании последовательного резонанса.
Рис. 2
На частоте последовательного резонанса в схеме имеет место сильная положительная обратная связь, что и поддерживает автоколебания. Кварцевые резонаторы характеризуются высокой стабильностью и добротностью. Использование кварцевых резонаторов позволяет значительно снизить относительное изменение частоты генераторов. Однако, у кварцевых генераторов затруднено оперативное изменение частоты выходного сигнала.
В отличие от аналоговых, цифровые генераторы обладают высокой стабильностью, надежностью, возможностью изменения частоты генерируемого сигнала в широких пределах и универсальностью.
На рис. 3 изображена упрощенная схема кварцевого генератора на основе логических инвертирующих элементах при использовании последовательного резонанса. Схема разработана для работы на основной частоте кристалла.
Рис. 3
На рис. 4 изображена упрощенная схема кварцевого генератора на основе логических инвертирующих элементах при использовании параллельного резонанса. Схема разработана для работы также на основной частоте кристалла.
4
На рис. 5 изображена упрощенная схема R-C генератора на основе логических инвертирующих элементах. Эта схема используется в неответственных частях устройства, т. к. она обладает простотой реализации, дешевизной деталей и не требует настройки, Но её основным недостатком является временная нестабильность и частота генератора будет изменяться от модуля к модулю из-за разброса параметров компонентов .
Рис. 5
Но для получения генератора с высокими требованиями к его параметрам приходится использовать более сложные схемы. Именно такой генератор мы и будем проектировать.
Принцип действия проектируемого цифрового генератора основан на том, что в ПЗУ в цифровом виде записывают сведения о необходимой форме сигнала, которые последовательно считываются и передаются на ЦАП, формирующий аналоговый сигнал.
Создание структурной схемы генератора
Составим структурную схему для цифрового генератора синусоидальных колебаний на основе памяти. (Рис. 6)
Рис. 6
ГТИ - обеспечивает формирование управляющих импульсов заданний частоты, обеспечивающей требуемую частоту синуса на выходе;
ФА - формирует текущий адрес для выбора данных из памяти;
ROM - выдаёт текущее значение уровня сигнала на выходе;
ЦАП – преобразует цифровое значение уровня сигнала в аналоговый уровень сигнала;
БУ – обеспечивает необходимую амплитуду сигнала на выходе.
Схематически вид сигнала в каждом блоке приведён на рис.7.
Рис. 7
Описание работы схемы
Тактовый генератор формирует опорные импульсы с частотой, прямо пропорциональной выходной частоте синуса. Синхронизирующие импульсы с частотой 
поступает на счетчик, на выходе которого формируется n-разрядный адрес микросхемы памяти - число Х. Значение адреса изменяется в интервале от 0 до (2 n -1). По числу Х на адресном входе ПЗУ выбирает m-разрядное число У, являющееся значением выборки сигнала – амплитуды синуса. Цифро-аналоговый преобразователь преобразует код числа в аналоговый сигнал.
В общем виде зависимость выходного напряжения UЦАП биполярного ЦАП от входного кода числа Х при опорном напряжении Uоп выражается формулой
.
Максимальная частота генерируемых сигналов определяется по формуле
.
Расчеты параметров схемы, обеспечивающих заданные условия.
Общая погрешность аппроксимации синусоиды складывается из погрешности квантования сигнала по уровню, погрешности дискретизации сигнала по времени и погрешности линейности ЦАП.
Наиболее критичной в нашей схеме является погрешность погрешности линейности ЦАП, т. к. он является основой схемы. Выберем в качестве ЦАП микросхему К1108ПА2 – 8 разрядный функционально законченный цифро-аналоговый преобразователь двоичного кода в напряжение, выполненный по биполярной технологии и имеющий следующие характеристики:
Uп = ± 5 В;