三相正弦波是应用比较广泛的信号之一，产生的方法也比较多。本文介绍的三相正弦波是利用单片机控制数字电路，产生正弦阶梯波，正弦阶梯波经可变低通滤波器滤波，能得到良好的正弦波信号。采用这个电路，三相正弦波的相位问题比较容易解决，频率可直接由单片机设置输入。
1．整机电路框图
整机电路框图如上图所示，频率设置可用按键，十位、个位各设加减一个按键，外加复位键，共5个按键。设置的频率通过MCU至频率显示电路，MCU产生的方波给三相正弦阶梯波产生电路，另外MCU根据设置的频率，产生控制信号，再去控制可变低通有源滤波器。
2.三相正弦波阶梯发生电路
三相正弦阶梯波发生器见电路上图所示，电路主要由计数器、译码器、触发器及电阻D/A转换网络等组成，U、V、W是三相正弦阶梯波输出。电路方波输入连至单片机电路，以便于设置和控制。计数器4516是十六进制计数器，它的加减端由4001组成的基本RS触发器控制。4514是4-16线译码器，其输出SO～S15哪一端为高电平，由Dl～D4决定，例如当D4D3D2Dl=0101时，则S5=1，4514其余输出都为0。
译码输出的电阻R4～R33是U相电阻，R34～R63是V相电阻，R64～R93是W相电阻，它们构成的三相阶梯波电路等效于上图，由上图可知输出电压Ul=
，设电路电源电压采用5V，则4514输出高电平电位值约5V，0.7V为一只二极管的管压降。欲使Ul按正弦波规律变化，且正弦波横坐标在4.3/2处，见上图示，则有
只要Rx以上式子变化，输出电压U1即为正弦波，每相电路中分三十个电阻，则正弦波阶梯数为30个，图2电阻以为一个计算值，三相的电阻阻值都依此计算。U相的第一个电阻R4连至Ul的SO上，V相的第一个电阻R34连至Ul的Sl0上，即右移十个电阻，相位也就移动了，同理W相第一个电阻再右移十个电阻，即U2的S10上，相位也就移动了。因此这个电路无须再考虑三相的相位问题，只要输入方波，就能输出三相正弦阶梯波，非常容易控制。
上图的三相阶梯波产生电路，电阻比较多，D/A电阻网络电阻数量达93只，下图电路电阻用得较少，但集成用的较多，正弦波阶梯数为36个。下图 电路中，LD是U相与V相电路置数端，每过一个周期，对U相和V相电路相位纠正一次，避免万一电路受干扰而相位出错。
R2-Rll为四分之一周期D/A转换电阻，电阻的阻值按正弦规律增大，可参考前面的式子。U1、U2和U3A构成加减计数译码器，这样D/A电路转换输出为阶梯波的正半波，U4的端为同相输出，U5的端为反相输出，和连至切换电路，由U3B的U1端控制，最后拼接成正弦阶梯波。切换电路见下图所示，电路比较简单。
V相阶梯波电路与U相电路基本羞不多，如图5所示，不同的是V的计数器，要预先置数，置数值为0110，见下图所示，注意V相初始值为负值，和与和接法相反。LD为置数端。W相的阶梯波电路，计数器初始置值也为0110，但初始是减计数，第一个D触发器应先置O。
三相正弦阶梯波电路经Multisim10仿真，输出波形如下图9所示，仿真时电路中的CD5053用CD4066代换，电路也稍作改动。
3.可变有源低通滤波器
由电阻网络D/A转换电路输出的是正弦阶梯波，还要经一个有源低通滤波器，滤除正弦阶梯波的高次谐波，见上图所示。由于不同频率的正弦波经过低通滤波器时，输出幅值和相位将会变化，频率越高，输出幅度越小，相位变化越大，因此这里采用可变低通滤波器，即改变低通滤波器的转折频率，通过模拟电子开关，由单片机控制，对不同频率对应接入不同电容值的电容器，根据式子f=l/2πRC可知，即改变了低通滤波器的转折频率。这里选转折频率为正弦波频率的3倍，正弦阶梯波的高次谐波频率是转折频率的12倍，显然，低通滤波器对正弦波基本不起作用，而对正弦阶梯波的高次谐波有较大的滤除作用，这样就能基本滤除了正弦阶梯波的阶梯波成分，且输出的正弦波幅度随频率变化不大。实测如下图所示。输出的波形将很接近正弦波，基本上可认为是正弦波。
4单片机控制系统
单片机在这里的主要功能是方波信号输出、低通滤波器控制、频率设置、频率显示等，电路见上图所示。
单片机开机时，频率显示可设置为50Hz，那么方波输出频率应为50×36=180Hz，P02=0，P01=1，PO0=1，即低通滤波器的C4接入。如果设置频率在80～179Hz范围内时，P02=1，P01=0，PO0=0，低通滤波器的C5接入，其他依此类推。具体见下表，频率范围设为5-1279Hz。
经过计算，采用这种方法，当设置频率变化时，输出正弦波幅度变化在±2%以内，若采用16选1模拟开关，则可对频率分段更细一些，输出正弦波幅度变化小于±1%以内，且相位变化也很小。本文利用单片机电路，数字电路、D/A电阻网络及低通滤波器产生三相正弦波，电路和程序都比较简单，指出了一种很实用的方法，它不但在三相变频器上应用到，还可应用于要求产生多相信号或特殊相位信号的场合。
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