X-Y信號產生與圖形顯示

　　摘要：本設計為一個X-Y信號產生與圖形顯示裝置，在輸入正弦信號的頻率為1MHz左右，電壓峰峰值為2V的情況下，對正弦信號進行二分頻和移相操作并在示波器X-Y工作方式下進行顯示，并通過MSP430F5529開發板進行控制。

　　引言

　　本設計中輸入單路正弦信號，對該輸入正弦信號的二分頻通過使用由LM311構成的過零比較器、D觸發器74HC74和巴特沃斯有源四階低通濾波器相結合實現;移相電路組是由OPA890構成的移相電路、模擬開關CD4052以及繼電器所構成。通過將X、Y軸信號輸入示波器以動態顯示李沙育圖形。

　　X-Y信號產生的實現

　　(1)二分頻電路的設計與實現

　　要實現對正弦信號的二分頻，需要將正弦信號轉換成同頻率的方波信號，再通過數字芯片對方波信號進行二分頻，最后通過高階低通濾波器將方波信號還原成正弦信號。

　　正弦信號輸入比較器LM311可轉換成方波信號，用D觸發器74HC74實現對方波的二分頻。利用巴特沃斯低通濾波器將方波轉換成正弦波，這里采用截止頻率為500kHz的四階有源低通濾波器。

　　(2)移相電路的設計

　　移相電路組是由0°、45°、90°、180°固定移相電路和0°到45°步進為15°的程控移相電路構成，通過繼電器與模擬開關實現0°到180°范圍內15°步進調節。其中45°的輸出和90°的輸入通過繼電器連接，方便程序控制產生135°到180°的步進調節。　　

 

　　如圖3所示一階移相器，根據虛短虛斷原理可以得出輸入電壓與輸出電壓的關系式：
        (1)
　　取R1=R2，化簡后得到傳遞函數：
       
　　從式(2)可得相頻函數：
       
　　由此得出其相位與角頻率、電阻R、電容C之間的關系，又因為輸入信號的頻率為1MHz，所以相移由同相輸入端的R、C決定，在設計時只需要選取合適的R、C即可獲得相應的相移度數(0-180°)。如圖3所示，其中R3和C1決定了電路的移相值。