基于FPGA信号发生器2设计论文(论文)word格式.doc

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1 绪论 1.1 引言 任意波形发生器己成为现代测试领域应用最为广泛的通用仪器之一,代表了信号源的发展方向。直接数字频率合成(DDS)是二十世纪七十年代初提出的一种个数字的频率合成技术,其查表合成波形的方法可以满足产生任意波形的要求。由于现场可编程门阵列(FPGA)具有高集成度、高速度、可实现大容量存储器功能的特性,能有效地实现DDS技术,极大的提高信号发生器的性能,降低生产成木。 1.2 背景与意义 随着科技的不断发展,电子技术获得了飞速的发展,有力的推动了生产力的发展和社会信息化程度的提高,电子行业也经历着日新月异的变化。信号发生器是实验室的常用仪器之一,设计信号发生器具有实际应用的意义。波形发生器即通常所说的信号发生器是一种常用的信号源,它具有信源的所有特点。信号源有很多种,包括正弦波信号源、函数发生器、脉冲发生器、扫描发生器、任意波形发生器、合成信号源等。 波形发生器广泛应用于通信、雷达、测控、电子对抗以及现代化仪器仪表等领域,是一种为电子测量工作提供符合严格技术要求的电信号设备,和示波器、电压表、频率计等仪器一样是最普通、最基本也是应用最广泛的电子仪器之一,几乎所有电参量的测量都要用到波形发生器。随着现代电子技术的飞速发展,现代电子测量工作对波形发生器的性能提出了更高的要求,不仅要求能产生正弦波、方波等标准波形,还能根据需要产生任意波形,且操作方便,输出波形质量好,输出频率范围宽,输出频率稳定度、准确度及分辨率高,频率转换速度快且频率转换时输出波形相位连续等。可见,为适应现代电子技术的不断发展和市场需求,研究制作高性能的任意波形发生器十分有必要,而且意义重大。一般传统的信号发生器都采用谐振法,即用具有频率选择性的回路来产生正弦振荡,获得所需频率。这种信号发生器虽然具有输出信号频率范围宽,结构简单等优点,但输出波形单一,不能产生任意波形,且频率稳定度和准确度较差,频率准确度低。 因此传统的信号发生器己经越来越不能满足现代电子测量的需要,正逐步退出历史舞台。而基于频率合成技术制成的信号发生器,由于可以获得很高的频率稳定度和精确度,因此发展非常迅速,尤其是最近随着现代电子技术的不断发展,其应用更是有了质的飞跃。 1.3 课题研究现状和应用 信号发生器是能够产生大量的标准信号和用户定义信号,并保证高精度、高稳定性、可重复性和易操作性的电子仪器。函数波形发生器具有连续的相位变换、和频率稳定性等优点,不仅可以模拟各种复杂信号,还可对频率、幅值、相移、波形进行动态、及时的控制,并能够与其它仪器进行通讯,组成自动测试系统,因此被广泛用于自动控制系统、振动激励、通讯和仪器仪表领域。在70年代前,信号发生器主要有两类:正弦波和脉冲波,而函数发生器介于两类之间,能够提供正弦波、余弦波、方波、三角波、上弦波等几种常用标准波形,产生其它波形时,需要采用较复杂的电路和机电结合的方法。这个时期的波形发生器多采用模拟电子技术,而且模拟器件构成的电路存在着尺寸大、价格贵、功耗大等缺点,并且要产生较为复杂的信号波形,则电路结构非常复杂。同时,主要表现为两个突出问题,一是通过电位器的调节来实现输出频率的调节,因此很难将频率调到某一固定值;二是脉冲的占空比不可调节。 在70年代后,微处理器的出现,可以利用处理器、户了D和D/A,硬件和软件使波形发生器的功能扩大,产生更加复杂的波形。这时期的波形发生器多以软件为主,实质是采用微处理器对DAC的程序控制,就可以得到各种简单的波形。 90年代末,出现几种真正高性能、高价格的函数发生器、但是HP公司推出了型号为HP77OS的信号模拟装置系统,它由HP877OA任意波形数字化和HP1776A波形发生软件组成。HP877OA实际上也只能产生8中波形,而且价格昂贵。不久以后,Analogic公司推出了型号为Data一2020Lecroy公司生产的型号为9100的任意波形发生器等。 到了二十一世纪,随着集成电路技术的高速发展,出现了多种工作频率可过GHz的DDS芯片,同时也推动了函数波形发生器的发展,2005年Agilent能够产生高达50OMHz的频率,采样的频率可达 1.25GHz。由上面的产品可以看出,函数波形发生器发展很快近几年来,国际上波形发生器技术发展主要体现在以下几个方面: 1.过去由于频率很低应用的范围比较狭小,输出波形频率的提高,使得波形发生器能应用于越来越广的领域。波形发生器软件的开发正使波形数据的输入变得更加方便和容易。波形发生器通常允许用一系列的点、直线和固定的函数段把波形数据存入存储器。同时可以利用一种强有力的数学方程输入方式,复杂的波形可以由几个比较简单的公式复合成v=f(t)形式的波形方程的数学表达式产生。从而促进了函数波形发生器向任意波形发生

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