占空比可调的方波数字信号源电路设计*

吕栋腾

(陕西国防工业职业技术学院，陕西 西安 710300)

0 引言

在自动控制系统中，方波信号的应用非常广泛，通常可作为一种标准信号在电子电路、测试仪器中进行性能试验或者物理量检测[1]。方波由基频加奇次谐波组成，奇次谐波的丰富程度和谐波之间的相位关系会影响方波的产生。方波的占空比简单来讲是指电路被接通的时间占整个工作周期的百分比，它可以是0～100%之间的任意值。通过控制方波的占空比，配合高精度的传感器，可实现复杂控制系统的闭环控制。本次设计以MAX+PLUSII作为开发平台，采用VHDL语言编程，CPLD为主要载体来实现占空比可调的功能测试。

1 方波电路的设计方法

本次设计的电路系统是一个高电平和低电平分别可以调整的数字信号源电路，用于控制3 000 V高压电源对电容的充放电，输出频率为0.3 Hz～3 Hz，输出电平要和TTL电平兼容。方波电路常见的设计方法有模拟电路、单片机和专用逻辑电路ASIC三种方法。模拟电路的方法通过压控振荡电路得到不同频率的方波，但其抗干扰能力差，难以通过上位机控制。单片机可以得到稳定度高的脉冲，但如果脉冲周期不是时钟信号的整数倍时，需要重新编写程序。专用逻辑电路ASIC的方法是通过硬件电路设计，得到连续可调的不同频率的方波信号[2]。

通过比较我们发现，由于是数字集成电路，ASIC具有较高的稳定性，可根据具体的逻辑要求来设计，便于用微机控制，而且应用较为简便且现场可调。故本次设计的方波数字电路硬件方面使用Altera公司的CPLD器件，采用这种专用逻辑电路设计的方波发生器不仅可以缩小控制电路的规模，而且还可以提高系统的稳定性。……