基于DDS技术的虚拟式任意波形发生器研究

发布时间：2020-10-28 17:30

　　 波形发生器是一种常用的电子测量仪器。传统的波形发生器是由分立元件或模拟集成电路构成，其电路结构复杂，调试难度大，且不易程控，更重要的是只能产生几种常规波形。而在现代电子测量和自动控制等领域，经常要求波形发生器能够产生更加复杂甚至是任意波形，以满足各种测试和实验的需要，于是任意波形发生器应运而生。 为了解决传统波形发生器的诸多弊端，增强波形发生器的功能和灵活性，本文在研究直接数字频率合成(DDS)技术的基础上，利用FPGA器件的硬件特点，结合虚拟仪器技术，提出了任意波形发生器的软、硬件设计方案，并将整个仪器功能划分为现场可编程门阵列(FPGA)器件、外围硬件电路和上位机软件三部分来实现。 本文对DDS的基本原理和输出频谱特性进行理论分析，总结出杂散分布规律。同时以DDS的频谱分析为基础，给出了几种改善杂散的方法。本文采用傅立叶变换的方法对相位截断时DDS杂散信号的频谱特性进行深入的研究，得到了杂散分布的规律性结论，并用Matlab软件进行仿真验证。 由于DDS技术具有频率分辨率高、频率转换速度快等优点，所以本文采用DDS技术来合成所需要的波形。而DDS技术的实现依赖于高速、高性能的数字器件，因此本文将FPGA器件和DDS技术相结合，确定了FPGA器件的整体设计方案，详细说明了各个模块的功能和设计方法，并对其关键部分进行了优化设计，从而实现了波形发生器数字电路部分的功能。为了得到满足设计要求的模拟波形，本文还设计了幅度控制、D／A转换和低通滤波等外围硬件电路，最终构建了一个通用的完全可编程控制的波形发生器硬件平台。 在Visual C++6.0环境下用C++语言编写上位机软件部分，结合程序流程图，完成了虚拟面板和驱动程序的设计，实现了通过计算机的增强性并口(EPP)实时控制波形发生器的功能。软件设计中虚拟面板的设计尤为重要，它不仅要产生波形数据并显示所需要的波形，还要完成与外部硬件电路的通信，以达到控制波形产生的目的。 对设计的功能进行实验测量，通过对实验结果的分析可知，此任意波形发生器输出波形的种类多，精度高并且控制灵活方便，因此本设计方案能够达到预期的性能指标。
【学位单位】：山东大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2007
【中图分类】：TP346
【部分图文】：

地址译码器的工作。地址译码器采用3一8译码器，它的输入地址信号是数据/地址线经过数据/地址分离模块后得到的。数据/地址分离模块及地址译码器的结构示意图如图4.2(a)所示，功能仿真结果如图4.2(b)所示。...........d口二D】q口二0]]]「「「 ]]]ENNN...d口二0]q口 ~0]]] EEENNN，，a份~0]y口二 D]]]··户〔 NNN.Q‘口O甘D..iY7.v9.....-:图4.2(a)数据/地址分离模块及地址译码器的结构示意图0508000︸ BHHHHH姗 r1te:试strobe戈田strobe田AD田DB田Y图4.2(b)数据/地址分离模块及地址译码器的功能仿真图 4.4DDS模块的设计DDS模块即波形产生电路是FPGA器件设计的核心，结构示意图如图4.3所示。

山东大学硕士学位论文本设计中，32位的相位累加器采用8级4位的流水线结构，结构示意图如图4.4所示，其中每一级的加法器都采用4位超前进位加法器结构，寄存器采用带有异步复位的D触发器(DFF)来构成。Fre[Fre【277.，24]Fre【7..41Fre[3 111111111111111111111· · DDDDDDDDDDDDDDDDDDDFFFFFF· DFFFFFFFF ........................... 44411111111111········ ·· DFFFF ............... ...0]]]]]]]]]]] DDDDDDDDDDDDDDDDDDDFFFF JJJKKKKKKKKKKK OOOOOOOOOOOOOOOOOOOQQQ >>>QQQSET图4.4相位累加器的流水线结构示意图由于采用了8级流水线，所以从图4.4中可以看出，数据从输入到输出要经过8个4位D触发器才能得到运算结果，也就是说要经过8个时钟周期后才能得到累加结果。但是，由于在每个时钟中都有数据输入到各级流水线，各级同时进行累加，并将结果同时输出

同步是使各级累加结果同时输出。由于相位累加器只用了高8位去寻址波形存储器，因此本文只在相位累加器高8位的输出端增加了同步寄存器，这样既节省了资源，又对结果没有任何影响。相位累加器的功能仿真图如图4.5所示。 resetHO} elkHz{;卜freqword代…}; romaddr;代…田日，到到到到图4.5相位累加器的功能仿真图
【引证文献】

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本文编号：2860389