同相信号源的研究

    以前的校验仪、工频表计中多采用模拟信号源。随着数字技术的进步，采用直接数字波形合成技术产生信号源的方法得到了广泛的应用。

    此设计是利用一个普通1MHz有源晶振、通过变频产生需要的频率。取一个周期为1800个点，存储在储存器里并依次取出，通过D/A转换器转换成模拟量输出。利用I/V转换将它转换成电压模拟信号，滤波缓冲后输出一个稳定平滑的同相信号。以下介绍此电路的原理和各元器件的作用。

    一、同相信号源原理框图

    同相信号源原理框图如图1所示，它是由晶振、74HC74二分频、MC4527频率调节、4040和4082实现循环计数和得到需要的交流信号五部分组成。

    二、各部分作用

    1.晶振

    今天无数电子线路和应用需要精确定时或时钟基准信号，晶体振荡器极为适合这方面的许多应用。此次设计用的是普通有源1MHz晶振，接入电源后,可直接输出一定频率的等幅信号。有源晶振通常的用法：一脚悬空，二脚接地，三脚接输出，四脚接电压。相对于无源晶体，有源晶振的缺陷是其信号电平是固定的，需要选择好合适输出电平，灵活性较差，而且价格高。但是对于时序要求敏感的应用，还是有源的晶振好，可以选用比较精密的晶振。

    2.用74HC74进行二分频

    74HC74是一个双D型正沿触发器，在高电平的时候触发，可以将晶振产生的1MHz的频率进行二分频得到500kHz。波形图如图2所示。

    3.用MC4527进行频率调节

    MC4527是一个BCD码可预置的系数乘法器，根据需要将得到360kHz的频率。因为输出脉冲数=（BCD数/10）×输入脉冲数，当输入脉冲数500kHz，输出脉冲数为360kHz时，得到BCD数为0.72，用两个MC4527可以达到目的。第一个预置为0111，第二个预置为0010。用同样的方法可以根据需要得到想要的另外的频率，假设要形成的正弦波的频率为50Hz，根据一个周期取1800个点计算，则送给波形计数器的脉冲频率应是1800×50Hz=90kHz，因此，当要求输出的频率在（40~99）Hz范围内连续可变时，送给波形计数器的脉冲频率应为1800×（40~99）Hz=（72~178.2）kHz。以50Hz为例，预置两个MC4527的BCD码为0.5，得到180kHz，再利用74HC74双D型正沿触发器分频得到需要的脉冲频率90kHz。

    4.用27C256、DAC0832及直流基准LM399和运算放大器得到所需要的缓和的交流信号

    4040是一个12位串行计数器，当Q3、Q8、Q9、Q10置1，即2³（Q3）=8，2⁸（Q8）=256，2⁹（Q9）=512，2¹⁰（Q10）=1024，相加为1800，即取满1800个点，此时利用一个四输入与门4082输出一个高电平，使4040复位，完成一个循环。而所取的1800个点储存在27C256上，再一一对应通过D/A转换器0832转换成模拟信号，DAC0832是CMOS工艺制造的8位单片D/A转换器，为电流输出型，并且片内带输入数字锁存器。由于DAC0832是电流输出，而此次设计用的是模拟电压，在这种情况下，需要通过I/V转换，这一步利用OP07低噪声高精度运算放大器实现，然后经过低通滤波得到幅值为3.8V的平滑正弦波。其中0832的基准电压由精密基准电压源LM399提供，LM399的另一功能是直流调制，使输出的波形对称。最后通过精密电阻输出1.2V的同相信号。