一種正弦波發(fā)生器的設(shè)計(jì)方法

摘 要：介紹一種用數(shù)字方式獲得正弦波的方法，該方法不需要使用存儲(chǔ)器，完全通過(guò)計(jì)算得到正弦波的波形數(shù)據(jù)，而且得到正弦波的同時(shí)還可以得到相位正交的余弦波。通過(guò)實(shí)驗(yàn)仿真表明調(diào)節(jié)電路中的參數(shù)還可以調(diào)節(jié)輸出幅度、頻率和精度。這種電路可以用于離散傅里葉變換的計(jì)算和某些數(shù)字通信系統(tǒng)中，為正弦波、余弦波的設(shè)計(jì)提供一種新思路。

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關(guān)鍵詞：正弦波；發(fā)生器；序列;DDS

中圖分類(lèi)號(hào)：TN715.4 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

文章編號(hào)：1004373X(2008)0106402

Design Method of Sine Wave Generator

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YANG Xiaoming，WU Guangmin，MENG Yu

(Faculty of Science，Kunming University of Technology，Kunming，650093，China)

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Abstract：This text introduces a kind of acquiring the sine wave with the arithmetic figure method，and gets sine a cosine for at the same time.Passing the experiment imitates the true expressing regulates the parameter in the electric circuit can also regulate the exportation range，frequency with the accuracy.This kind of electric circuit can be used for FFT and some digital communication，and providing a kind of new way of thinking for the design of the sine and cosine wave.

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Keywords：sine wave;generator;sequence;DDS

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1 引 言

經(jīng)常采用的正弦波發(fā)生器設(shè)計(jì)方案有模擬方式和數(shù)字頻率合成(DDS)方式。

采用模擬方式可以有RC正弦波發(fā)生器、LC正弦波發(fā)生器和石英晶體振蕩器等^[1]。模擬方法通過(guò)調(diào)整外部元件的參數(shù)可以改變輸出的正弦波頻率，這種方案可以產(chǎn)生很寬的頻率范圍，從幾赫茲到一百多兆赫茲^[1]。但是模擬元件的參數(shù)分散性大，因此產(chǎn)生的正弦波頻率穩(wěn)定性較差、精度低、抗干擾能力差，要獲得高精度的輸出或頻率很低的輸出則成本比較高。

采用數(shù)字方式的直接數(shù)字頻率合成(DDS)的方案，可使用單片機(jī)或FPGA作為核心控制部件^[2]。該方案的思想是在ROM中預(yù)先存儲(chǔ)一個(gè)周期為n個(gè)等間隔歸一化的采樣數(shù)據(jù)，通過(guò)對(duì)ROM中數(shù)據(jù)的掃描輸出數(shù)據(jù)并進(jìn)行DA轉(zhuǎn)換得到波形，改變對(duì)ROM的掃描頻率可以改變ROM中數(shù)據(jù)的讀取速度即可合成不同頻率的波形。該方案的優(yōu)點(diǎn)是能達(dá)到較高的精度(增加ROM中的數(shù)據(jù)量)，可以實(shí)現(xiàn)各種波形的輸出(改變ROM中的波形文件)。但該方案必須有足夠的運(yùn)算速度，并且必須配置有存儲(chǔ)器和DA轉(zhuǎn)換器，產(chǎn)生的波形往往需要通過(guò)低通濾波器才能達(dá)到滿(mǎn)意的效果。

2 一種新的設(shè)計(jì)方法

本文提出的一種新設(shè)計(jì)方案可以不需要存儲(chǔ)器，通過(guò)計(jì)算的方法同時(shí)獲得正弦和余弦兩種輸出波形。這種電路可以用于離散傅里葉變換的計(jì)算和某些數(shù)字通信系統(tǒng)中。

2.1 設(shè)計(jì)過(guò)程

注：由式(8)和式(9)可知：S1[n]和S2[n]不能同時(shí)為0，否則所有輸出都為0。

2.3 設(shè)計(jì)結(jié)果仿真^[5]

在Matlab仿真中參數(shù)設(shè)置為：S1[n]＝0；S2[n]＝03(該數(shù)值可任意設(shè)置，只要滿(mǎn)足S1[n]和S2[n]不能同時(shí)為0即可)，仿真結(jié)果如下:

可以發(fā)現(xiàn)，調(diào)節(jié)S2[n]的初始值可以調(diào)節(jié)輸出正弦波和余弦波的峰值，而且峰值正好就是S2[n]的初始值。

調(diào)節(jié)Gain1可以調(diào)節(jié)輸出的精度，圖3是Gain1＝099時(shí)的輸出波形，而Gain1＝0.7時(shí)，則波形為圖4。顯然圖3的精度高于圖4的精度。

3 結(jié) 語(yǔ)

本文產(chǎn)生正弦波的方法可以不需要存儲(chǔ)器，在精度要求不高的情況下效果很好，可以應(yīng)用于某些數(shù)字化儀器儀表中，但也存在一定問(wèn)題：由于乘法器系數(shù)的量化可能使根落在單位圓內(nèi)或圓外，從而導(dǎo)致振蕩器的輸出隨n增大或衰減，此外由于乘法器的舍入誤差，可能使正弦余弦發(fā)生器所產(chǎn)生的序列不再保留正弦特性。因此，為使累積誤差不至于太大，可以考慮經(jīng)過(guò)一些遞歸后重新設(shè)置變量S1[n]和S2[n]的值。

參 考 文 獻(xiàn)

［1］童詩(shī)白，華成英.模擬電子技術(shù)基礎(chǔ)[M].3版.北京:高等教育出版社，2001.

［2］董在望.通信電路原理[M].2版.北京:高等教育出版社，2002.

［3］Paulo S R Diniz，Eduardo A B da Silva，Sergio L Netto.數(shù)字信號(hào)處理系統(tǒng)分析與設(shè)計(jì)[M].門(mén)愛(ài)東，楊波，全子一，譯.北京:電子工業(yè)出版社，2004.

［4］Chi Tsong Chen.Digtal Signal Processing Spectral computation and Filter Design[M].北京:電子工業(yè)出版社，2002.

［5］徐明遠(yuǎn)，邵玉斌.Matlab仿真在通信與電子工程中的應(yīng)用[M].西安:西安電子科技大學(xué)出版社，2005.

作者簡(jiǎn)介

楊小明 男，1975年出生，碩士、講師。主要研究方向?yàn)榍度胧较到y(tǒng)和數(shù)字電子技術(shù)。

注：“本文中所涉及到的圖表、注解、公式等內(nèi)容請(qǐng)以PDF格式閱讀原文。”