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作者：河南工程学院 朱振豪 王振冲 王亚鹏

指导教师：肖海红 瓮嘉民

　 作品简介

　　开发背景：

　　随着仪表工业的快速发展，每天要有数以万计的各类电表出厂，为了保证电表的测量精确度，需要在模拟电网的工频功率源上进行校验。模拟电网主要由信号源与功率放大器组成，而信号源的质量直接决定了模拟电网的品质。同时，移相技术是电子行业继电保护领域中模拟、分析事故的一个重要手段，利用移相原理可以制作校验各种有关相位的仪器仪表、继电保护装备的信号源。所以工频信号检测源是很有意义、也是不可缺少的工具。

　　本设计采用基于DDS的嵌入式设计，仅用一片单片机、一片FPGA一些其它的元件组成。并且经实际测试各项技术指标均达到设计要求。

　　结构说明：

　　该作品由四个部分组成，它们分别是：电源模块、单片机模块、FPGA模块、波形生成模块。

　　其中电源模块负责整个系统的供电;

　　单片机模块负责显示、数据通信、整体协调;

　　FPGA模块负责波形数据的储存、调用;

　　波形生成模块负责数模转换、幅值调节。

　　功能说明：

　　“三相工频信号源”可以产生两路三相正弦交流信号，其中电压A、B、C三相与电流A、B、C三相。A、B、C三相各相差120°。电流信号相对电压可以相移，移相范围是0.0°—359.9°，最小步进0.1°。电压、电流三相信号同步调频，调频范围是40.00HZ—60.00HZ，最小步进0.01HZ。电压、电流信号可以分别数控调幅，调幅范围0V—5V，最小步进0.02V。

　　技术指标：

　　①.能产生电压、电流A、B、C三相标准正弦波，各相相差120°;

　　②.频率调节范围为40.00HZ—60.00HZ，最小步进0.01HZ。

　　③.电流相位调节范围为0.0°—359.9°，最小步进0.1°。

　　④.电压、电流幅值分别数控调节，调节范围0—5V，最小步进0.02V。

　　⑤.正弦信号失真度达到0.2%以上，频率精度0.01HZ以上，相位精度达到0.001°以上。

　　平台选型说明

　　该作品使用STC公司的IAP15F2K61S2单片机为控制核心

　　设计说明

　　使用说明：

　　①.接通电源。

　　②.通过按键1、2分别可以控制相位或频率步进值。

　　③.通过按键3、4分别可以控制相位与频率值加减。

　　④.读取液晶屏幕显示数据。

　　设计原理：

　　整个系统以IAP15F2K61S2为控制核心，控制整个系统的调频、调相、调幅、显示功能。开机后，单片机先发送初始数据，然后扫描按键，通过判断按键来确定频率、相位、幅度的数值，并将这些数据通过串行、并行方式分别发送给FPGA与调幅DAC。

　　该作品利用DDS数字波形合成技术。每一个正弦波由3600个8位的数字组成，六路波形数据存放在FPGA中。FPGA内部定制可控分频器、及相位加法器。由单片机发送分频数据与相位数据确定波形频率、与相位，并驱动12864液晶显示。6路波形数据产生后送给6路DAC0804进行数模转换，便得到了电压.电流三相正弦波信号。再用两片个DAC0804输出作为上述6片DAC0804的基准电压，分别对电压、电流信号调幅。而单片机发送幅值数据给这两片DAC0804控制它们的输出电压，这样就达到了数控调幅。

　　作品特色：

　　一、先进性：

　　以往的工频信号源多采用分立式元件做，电路复杂、干扰较多。本设计将波形数据与可控分频器等嵌入到FPGA中，并用IAP15F2K60S2做数据通信、协调整个系统，使整体性能大大提升。频率最小步进0.01HZ，精度0.01HZ，相位最小步进0.1°，精度0.1°，失真度达到0.2%。这几相技术指标是非常优秀的。

　　二、实用性：

　　该设计成本低、电路简单、深度嵌入、性能优良。可直接替代现有产品，或用该技术对现有的信号源进行改进。

　　三、创新性：

　　①.采用嵌入式设计，提高系统稳定性、抗干扰能力。

　　②.采用DDS技术，频率、相位精度比较高。

　　③.采用DAC器件数控调幅，起到数字电位器的作用。

　　④.FPGA内数字滤波技术，减小输出波形失真度。