2010黑龙江电子设计竞赛A题

ycwjl728 · 发表于 2010-8-13 18:01:25

A题：双相信号发生器（本科组）
一、任务
设计、制作一个双相信号发生器，在特定的频率范围内输出正弦波，信号的幅度和相位差可以程控设置，也可以输出矩形波和方波。作品电路中不得使用任何DAC芯片、DDS芯片或微处理器的DAC功能。数字逻辑系统推荐使用EXCD-1 SOC开发板，信号发生器的工作电源可外置。
二、要求
1．基本要求
（1）两路信号均可输出正弦波、方波、矩形波；
（2）两路信号输出最大幅度不低于3V，幅度可调，设置分辨率不低于10bit；
（3）信号频率范围从9.5kHz到10.5kHz可调，步进值不大于100Hz，频率准确度不低于0.1%；
（4）正弦波信号在整个频率设置范围内，波形失真度不大于2%；
（5）两路信号的相位差可以在0—359度内可调，设置分辨力不大于1度；
（6）矩形波占空比在0.1%—99.9%范围内可调，设置分辨率不低于0.1%；
2．发挥部分
（1）两路信号输出最大幅度不低于3.5V，幅度可调，设置分辨率不低于12bit；
（2）正弦信号频率从8kHz到12kHz变化，信号平坦度优于90%；
（3）正弦信号频率从8kHz到12kHz变化，信号失真度不大于2%；
（4）两路正弦信号的相位差可以在0—359.9度内可调，设置分辨力不大于0.1度；
（5）两路均可产生FSK调制波，内调制信号的频率不大于10Hz，上边频为12kHz，下边频8kHz；
（6）两路均可产生ASK调制波，内调制信号的频率不大于10Hz，载波频率为10kHz，调制率为100%；
（7）其他。
三、说明
1．微处理器系统板、工作电源可用成品，也可自制，必须自备。
2．设计报告正文中应包括系统总体框图、波形发生原理、数字逻辑原理框图、主要的测试结果。详细电路原理图、HDL程序或电路图、测试结果用附件给出。
3．题目中所有准确度及分辨率指标必须是电路原理及器件硬件所保证，报告中需要有理论计算。

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赛灵思赞助的比赛，但是我用EP3C16做，各位大侠有啥建议没？

maqingbiao · 发表于 2010-8-13 19:45:03

是暑假培训题目啊？

wanwzy · 发表于 2010-8-13 20:15:26

回复【楼主位】ycwjl728 马克西蒙
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是“XILINX&高教杯”大学生电子设计大赛吗？赛灵思赞助的比赛，比赛不是只能用EXCD-1 SOC开发板吗？你怎么用EP3C16做呢？

navalguy2 · 发表于 2010-8-13 22:15:47

回复【楼主位】ycwjl728 马克西蒙
a题：双相信号发生器（本科组）
一、任务
设计、制作一个双相信号发生器，在特定的频率范围内输出正弦波，信号的幅度和相位差可以程控设置，也可以输出矩形波和方波。作品电路中不得使用任何dac芯片、dds芯片或微处理器的dac功能。数字逻辑系统推荐使用excd-1 soc开发板，信号发生器的工作电源可外置。
二、要求
1．基本要求
（1）两路信号均可输出正弦波、方波、矩形波；
（2）两路信号输出最大幅度不低于3v，幅度可调，设置分辨率不低于10bit；
（3）信号频率范围从9.5khz到10.5khz可调，步进值不大于100hz，频率准确度不低于0.1%；
（4）正弦波信号在整个频率设置范围内，波形失真度不大于2%；
（5）两路信号的相位差可以在0—359度内可调，设置分辨力不大于1度；
（6）矩形波占空比在0.1%—99.9%范围内可调，设置分辨率不低于0.1%；
2......
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如果能用高速DA模块的话，那这道题做起来就很轻松了。

双路高速DA扩展模块板，此部分主要由两片14位125MSPS的AD9764高速数/模转换芯片组成，可以满足用户对于高速信号产生的要求，用户可以借助FPGA最小系统板，利用DDS技术实时产生点频、扫频、ASK、FSK等各种形式的数字信号，并通过控制高速DA转换来得到所需的模拟信号。

双路高速DA扩展模块板 (原文件名:双路高速DA扩展模块板.jpg)

移相信号发生器 (原文件名:移相信号发生器.jpg)

sophy_heu · 发表于 2010-8-13 23:25:17

我也是黑龙江的哈~对于这道题也很不解啊~
怎么不让用DA 芯片啊？

canback · 发表于 2010-8-13 23:53:51

不让用DA咋整？自己搞个DA出来？

canback · 发表于 2010-8-13 23:56:35

整出个矩形波？再搞成成三角波？再三角波变成正弦波？

矩形积分三角，
三角二极管正弦波？

不会是想这么搞吧

FlashNuk · 发表于 2010-8-14 00:02:12

可以用8阶椭圆滤波器将方波信号滤波得到正弦波，椭圆滤波器有一个输入方波信号，通过控制该信号的频率，即可控制滤波的截止频率，也就是实现了程控滤波，应该可以满足题目的要求。而方波和矩形波的相位调整都可以通过FPGA内部编程实现，至于幅度的调节，可以考虑用乘法器来实现，乘法器的有X,Y两个输入信号，其中X信号连接需要调节的信号，譬如正弦波，方波或者矩形波，而Y信号则连接一个由FPGA内部产生的PWM信号，经过RC滤波得到的直流电压，通过控制直流电压实现幅度控制，不过要求乘法器的带宽要非常宽，否则方波的边沿会变缓慢，譬如AD834.这道题的主要意图还是希望大家充分利用好FPGA内部的单元来实现所有的功能。

不知道Xinlinx的FPGA内部是否带模拟电路呢？ACTEL的是有的。

FlashNuk · 发表于 2010-8-14 00:06:15

也可以通过频率可以粗调的正弦波信号发生器，通过控制模拟锁相环的分频系数实现正弦波信号的频率调节。

FlashNuk · 发表于 2010-8-14 00:07:46

幅度控制还可以采用VGA放大器，用直流电压控制输出信号的幅度，直流电压还是通过PWM+RC滤波实现。

maqingbiao · 发表于 2010-8-14 00:36:03

看7楼这么一说，似乎这道题还是蛮难的有空我也做一下

vermon · 发表于 2010-8-14 00:55:35

用电阻网络加滤波加跟随

似乎不是这么简单 10BIT 这个还没想出来纳闷弄电阻网络+可控放大？

281229961 · 发表于 2010-8-14 02:08:34

传个图纸用PWM+RC滤波实现的只不过当时PWM是用AVR单片机产生的而已频率低，替换成FPGA 产生高频率的PWM

ourdev_574903.rar(文件大小:13K) (原文件名:PWM.rar)

navalguy2 · 发表于 2010-8-14 13:10:17

回复【12楼】281229961 小朱
传个图纸用pwm+rc滤波实现的只不过当时pwm是用avr单片机产生的而已频率低，替换成fpga 产生高频率的pwm

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这种方法可能是一种较简单的解决方案。

sophy_heu · 发表于 2010-8-14 21:59:09

回复【12楼】281229961 小朱
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可否再具体说一下？

sophy_heu · 发表于 2010-8-14 22:00:33

回复【13楼】navalguy2
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需要怎么做呢？O(∩_∩)O~

yuhang · 发表于 2010-8-14 22:02:26

真道题很简单的

一片CPLD就行不需要DA芯片

sophy_heu · 发表于 2010-8-14 22:56:18

回复【16楼】yuhang
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但是给提供的是FPGA开发板啊~

yuhang · 发表于 2010-8-15 08:40:54

回复【17楼】sophy_heu 蒋碧涵
回复【16楼】yuhang
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但是给提供的是fpga开发板啊~
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他说推荐FPGA又没说不让用CPLD

ycwjl728 · 发表于 2010-8-15 16:23:33

说这道题简单的人自己做做就知道其中难点了，呵呵

看上去的确很简单

xyzhang_yjs08 · 发表于 2010-8-15 18:19:02

一片ATXmega芯片差不多就OK了吧 32MHz频率不过具体没试过
我觉得难点在于频率分辨率这个用PWM恐怕不是很好解决毕竟晶振这个东西本来就不是完全精确的
要想频率精确到那种程度晶振恐怕要非常好

FlashNuk · 发表于 2010-8-15 19:11:43

想到一个办法：借鉴D类功率放大器的方法,假设需要输出10khz的正弦波，则FPGA或者CPLD采用SPWM的方式，将欲输出的10khz正弦波调制到更高的频率上，由于FPGA可以采用内部的PLL倍频到极高的频率，譬如10MHz以上，这样FPGA输出的SPWM方波信号，只需要经过简单的LC滤波即可滤除10MHz的高频信号，还原为正弦信号。由于调制信号很高，所以LC滤波就比较容易设计，体积也不大。

FlashNuk · 发表于 2010-8-15 19:14:21

PWM+RC实现的10bit分辨率的幅度控制，感觉应该不难。看到过一个老外的板子，用PWM实现的20bit分辨率的DAC，效果就是很牛，采用24bit的DAC也达不到它的效果。

loveforever · 发表于 2010-8-25 16:17:55

我想知道这道题的幅度调节那个分辨率，什么10BIT 、12BIT的是怎么回事儿啊！

yuhang · 发表于 2010-8-28 21:55:03

所有指标已完成

cdyy777 · 发表于 2010-8-28 22:11:42

那个幅度调节是怎么调的？

odandingo · 发表于 2010-8-30 16:24:02

回复【24楼】yuhang
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我现在正在看这个题目，能不能把你们做的发我一份参考下，谢谢了

wuyuewenhao · 发表于 2010-8-31 10:14:50

mark

nick870208 · 发表于 2010-8-31 11:59:08

这题不难吧？

以前浙江省有一年的比赛题目三相信号发生器

可以参考一下的

主要也是FPGA做DDS嘛

hahahagg · 发表于 2010-8-31 12:03:50

不让使用AD，DA模块，你就使用R-2R电阻网络+可编程逻辑自己做DA，然后用比较器以逐次比较做AD。
自己搭AD/DA,总可以吧。

shanshan · 发表于 2010-8-31 15:00:33

回复【24楼】yuhang
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请问您是怎么做的，能否把资料上传一下呢？谢谢了

yuhang · 发表于 2010-8-31 15:08:15

用SPWM更简单

shanshan · 发表于 2010-8-31 19:52:33

回复【31楼】yuhang
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可是网上SPWM的程序都是关于汇编的唉~~请问有没有关于VHDL的呢？

lianglong · 发表于 2010-8-31 20:25:16

我直接出方波，然后使用多阶巴特沃兹滤波器将方波滤出来，正弦波形的稳定度可以达到0.05HZ,

mcu5i51 · 发表于 2010-8-31 20:55:21

作品电路中不得使用任何DAC芯片、DDS芯片或微处理器的DAC功能----------PWM R2R等等不是AD功能吗？禁用（想办法弄个振荡器吧，数字电位器算不算DA呀）；头晕
（2）两路信号输出最大幅度不低于3V，幅度可调，设置分辨率不低于10bit；----不用DA怎么弄10Bit的幅度调节呀 7L办法好可是乘法器也要把设定值变为模拟吧；头痛
（3）信号频率范围从9.5kHz到10.5kHz可调，步进值不大于100Hz，频率准确度不低于0.1%；----一般晶体的精度1%左右吧，如果模拟震荡RC或LC的精度更难保证，还好如果再来个-50+125℃.....天旋地转呀
（4）正弦波信号在整个频率设置范围内，波形失真度不大于2%； --不考虑以上问题还挺容易来着

（5）两路信号的相位差可以在0—359度内可调，设置分辨力不大于1度； ---模拟震荡的噩梦，可变频率肯定会和角度有冲突，数字不用DA怎么把数字变成电压呀？

综合评价，题目水平不是一般的高，我除了擦边球之外肯定的零分；抓紧时间学习呀；

barryyan2007 · 发表于 2010-9-1 08:47:02

学习了哦

yuhang · 发表于 2010-9-1 09:11:21

http://www.ourdev.cn/bbs/bbs_content.jsp?bbs_sn=4238323&bbs_page_no=1&search_mode=3&search_text=yuhang&bbs_id=9999

看看我的帖子吧

频率分辨率0.01Hz

相位 14bit
幅度 12bit
频率 32bit
占空比 14bit

qi_anxiangqian · 发表于 2010-9-1 12:32:03

有难度啊

eggcar · 发表于 2010-9-1 13:46:07

第一反应是spwm滤波出，后来问一山大同学，他说他们那里是用fpga做了一个DA出来……囧RZ...整了半天人家是这意思……

yuhang · 发表于 2010-9-1 13:57:29

1 bit DAC

shanshan · 发表于 2010-9-1 21:58:23

回复【38楼】eggcar 各种杯具
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呃~~好强大啊！！请问您的山大的同学是怎么做出来的啊？能否把资料共享一下呢？谢谢喽

ycwjl728 · 发表于 2010-9-1 23:39:00

没想到这么多人回帖，呵呵
明天上午就要测试了，现在心情比较紧张，只求明天能不出乱子。

首先我感觉PWM的方案不好，首先一条题目要求最低8KHz，最高12KHz，不用Matlab就知道8K的三次谐波只有24K，与12K相差太近，滤波难度太高。别的缺点还有一堆，好像还没听说有PWM方案在校内测试过关的。
用电阻网络搭DA的方法我在听说之前可是一点也没想到还能这么干，后来想一想，这个似乎很难解决信噪比的问题。
SPWM似乎很符合出题人的思路。但有个致命的缺点就是噪声太大，小信号的时候甚至会被噪声淹没，于是制作一个性能良好的低通滤波器就成了使用SPWM方案的关键。

其实发完本帖的第二天就用AVR ATmega128 + EP3C16 + SPWM 把基本功能实现了（后来发现搞不到题目推荐使用的那个FPGA板子，干脆单片机也不用了，直接NIOS II把C语言的工作全包了），后来的N天全部用来重复“想提高指标-》发现目前方案实现不了—》改进方案”的过程。

shanshan · 发表于 2010-9-1 23:47:54

回复【41楼】ycwjl728 马克西蒙
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高手，能否把你们做出来的资料共享一下呢？谢谢喽~~~这个难道你们不是用XILINX公司的板子做的吗？

eggcar · 发表于 2010-9-2 00:01:13

回复【40楼】shanshan
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表示xilinx的fpga我没用过，不知道是片内资源还是别的什么，只是讨论今年山东电赛的时候说起来了。。。

ycwjl728 · 发表于 2010-9-2 07:58:03

回复【42楼】shanshan
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等测试完了效果还行的话就开源，成绩不好就不在这丢人了呵呵

shanshan · 发表于 2010-9-2 09:28:29

回复【44楼】ycwjl728 马克西蒙
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好嘞~~~祝福你们取得好成绩哈

cdyy777 · 发表于 2010-9-2 21:59:22

我也快完成了。。。
DDS的IP核+电阻搭的DAC。。。这个应该符合要求吧
性能指标基本达到...

shanshan · 发表于 2010-9-3 16:41:14

回复【46楼】cdyy777
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好强大唉~~我也想用IP核，但做了好久了还是没弄出来，能否把您做的成果传一份给我们看看呢？谢谢喽~~~

tt20085223 · 发表于 2010-9-4 10:45:59

为什么我做出来的正弦波的幅值很小呢，只有0.3V。。。

shanshan · 发表于 2010-9-6 18:32:24

回复【44楼】ycwjl728 马克西蒙
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你们的测试结果怎么样呀？肯定不错吧~~嘿嘿，是否开源呢？谢谢喽

zz5678898 · 发表于 2010-9-6 20:39:38

mark

yamu · 发表于 2010-11-6 22:50:06

马克

MA_J · 发表于 2010-11-24 00:02:33

MARK

victor275 · 发表于 2011-8-5 21:40:04

amrk

lostmj · 发表于 2011-8-6 13:18:57

mark

liwboy · 发表于 2011-8-6 14:03:33

受益匪浅！

qin2010 · 发表于 2011-8-7 21:59:23

先用FPGA做一个DA转换，信号发出要么使用IP内核，也可使用FPGA做一个DDS，值得一试。不错

2010黑龙江电子设计竞赛A题

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