基于LabVIEW和SOPC的智能型函数发生器的研究与设计

发布时间：2020-08-22 07:44

【摘要】： 函数发生器又名任意波形发生器,是一种常用的信号源,广泛应用于通信、雷达、导航等现代电子技术领域。信号发生器的核心技术是频率合成技术,主要方法有:直接模拟频率合成、锁相环频率合成(PLL)、直接数字合成技术(DDS)。DDS是开环系统,无反馈环节,输出响应速度快,频率稳定度高。因此直接数字频率合成技术是目前频率合成的主要技术之一,其输出信号具有相对较大的带宽、快速的相位捷变、极高的相位分辨率和相位连续等优点。本文的主要工作是采用SOPC结合虚拟仪器技术,进行DDS智能函数发生器的研制。本文介绍了虚拟仪器技术的基本理论,简要阐述了仪器驱动程序、VISA等相关技术。对SOPC技术进行了深入的研究:SOPC技术是基于可编程逻辑器件的可重构片上系统,它作为SOC和CPLD/FPGA相结合的一项综合技术,结合了两者的优点,集成了硬核或软核CPU、DSP、锁相环、存储器、I/O接口及可编程逻辑,可以灵活高效地解决SOC方案,而且设计周期短,设计成本低,非常适合本设计的应用。本文还对基于DDS原理的设计方案进行了分析,介绍了DDS的基本理论以及数学综合,在研究DDS原理的基础上,利用SOPC技术,在一片FPGA芯片上实现了整个函数发生器的硬件集成。本文就函数发生器的设计制定了整体方案,对软硬件设计原理及实现方法进行了具体的介绍,包括整个系统的硬件电路,SOPC片上系统和PC端软件的设计。在设计中,LabVIEW波形编辑软件和函数发生器二者采用异步串口进行通信。利用LabVIEW的强大功能,把波形的编辑,系统的设置放到计算机上完成,具有人机界面友好、系统升级方便、节约硬件成本等诸多优势。同时充分利用了FPGA内部大量的逻辑资源,将DDS模块和微处理器模块集成到一个单片FPGA上,改变了传统的系统设计思路。通过对系统仿真和实际测试,结果表明该智能型函数发生器不仅能产生理想的输出信号,还具有集成度高、稳定性好和扩展性强等优点。
【学位授予单位】：西华大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2009
【分类号】：TP346
【图文】：

结构图,虚拟仪器系统,结构图

动测试系统的硬件环节，降低了系统的开发成本和维护成本。虚拟仪器能同时对多个参数进行实时高效的测量，信号传输大部分采用数字信号的形式，数据处理也主要依赖软件来实现，大大降低了环境干扰和系统误差的影响。用户可以随时根据需要调整虚拟仪器的功能，实现一机多用。因此，使用虚拟仪器比传统仪器更经济。(4)良好的人机界面虚拟仪器的操控界面是采用图形化编程技术实现的一种虚拟面板或称为软面板。可以模拟传统仪器面板的设计风格来设计，也可以由用户根据实际需要定制设计。测量结果可以通过计算机屏幕以曲线、图形、数据表格等形式显示。(5)与其他设备互联的能力虚拟仪器通常具备标准化的总线或通信接口，具有与其他设备互联的能力。虚拟仪器能够通过以太网与Intemet相连，或者通过现场总线完成对现场设备控制。这种互联能力使虚拟仪器系统的功能显著增加，应用领域明显扩大[9l。

驱动程序,虚拟仪器软件结构,通信协议,通用接口总线

USB总线虚拟仪器系统速度较高，可扩展性好，使用方便，而目前成本较低，广泛应用于各种领域。2.1.3VlsA简介在虚拟仪器的设计中，不同的通信协议(如串行通信、通用接口总线GPIB、vXI等)，它们因其本身固有的特性而互不兼容。工业上设备用到的并不止一种协议，因此VISA(虚拟仪器软件结构)应运而生，这种标准能使使用不同协议的设备工作在同一个系统中。用户可以在LabVIEW中运用VISA进行通信，VISA可以非常简单地服务于包含多功能的交叉通信协议的程序编制。虚拟仪器软件结构(VirtualInstrumentSoftwareArehiteeture，VISA)是一个FO接口软件库及其规范的总称，是在LabVIEW程序中驱动程序间相互通信的底层功能模块。VISA可以连接不同标准的1/0设备，如图所示:

波形,系统总体方案

配套软件管理系统。(2)可程控的任意波形信号的固件设计:高频任意周期和波形信号的固件设计是本系统设计的核心，它需要快速、功能强大的数据产生处理系统、高速数模转换系统和有效的数据产生算法。(3)嵌入式系统软件设计:嵌入式系统软件的设计研制是整个系统设计的主要组成部分，它不仅要配合整个系统硬件实现仪器的系统功能，而月还负责和掌管系统硬件之间的一协调合作，并通过各种算法实现对信号的测量与控制。(4)信号调理部分的设计:对输出信号实现宽频带、大范围、多量程的智能程控滤波是系统设计的难点之一。3.2系统总的设计方案和实现原理整个系统由两大部分组成:智能函数发生器和PC机软件系统。二者的通信接口采用了UART。

【引证文献】