任意波發(fā)生器的vhdl設(shè)計【文獻(xiàn)綜述】

1、<p><b>　　畢業(yè)設(shè)計文獻(xiàn)綜述</b></p><p><b>　　電子信息工程</b></p><p>　　任意波發(fā)生器的VHDL設(shè)計</p><p><b>　　前言</b></p><p>　　信號源作為一種基本電子設(shè)備，在教學(xué)、科研和在工程技術(shù)保障中有著

2、廣泛的使用。從理論到工程對信號的發(fā)生進(jìn)行深入研究,不論是從教學(xué)科研角度,還是從工程技術(shù)保障服務(wù)角度出發(fā)都有著積極的意義。信號發(fā)生器是一種歷史最為悠久的測量儀器。早在二十年代，當(dāng)電子設(shè)備剛開始出現(xiàn)時，它就出現(xiàn)了。隨著通信和雷達(dá)技術(shù)的發(fā)展，四十年代出現(xiàn)了主要用于測試各種接收機(jī)的標(biāo)準(zhǔn)信號發(fā)生器，使信號發(fā)生器從定性分析的測試儀器成為定量分析的測量儀器。同時還出現(xiàn)了可用來測試脈沖電路或用作脈沖調(diào)制器的脈沖信號發(fā)生器。由于早期的信號發(fā)生器機(jī)械結(jié)構(gòu)比

3、較復(fù)雜，功率比較大，電路比較簡單 (與數(shù)字儀器、示波器等相比)，因此發(fā)展速度較慢。直到1964年才出現(xiàn)了第一臺全晶體管的信號發(fā)生器。</p><p>　　自六十年代以來，信號發(fā)生器有了迅速的發(fā)展，出現(xiàn)了函數(shù)發(fā)生器、掃頻信號發(fā)生器、合成信號發(fā)生器、程控信號發(fā)生器等新種類。各類信號發(fā)生器的主要性能指標(biāo)也都有了大幅度的提高，同時在簡化機(jī)械結(jié)構(gòu)、小型化、多功能等各方面也有了顯著的進(jìn)展。信號發(fā)生器的應(yīng)用非常廣泛，種類繁多，

4、其中按輸出波形又可分為正弦波信號發(fā)生器、脈沖波信號發(fā)生器、函數(shù)發(fā)生器和任意波發(fā)生器等。</p><p><b>　　主題</b></p><p>　　任意波形發(fā)生器(簡稱AWG)是隨著不斷進(jìn)步的計算機(jī)技術(shù)和微電子技術(shù)在測量儀器中的應(yīng)用而形成和發(fā)展起來的一類新型信號源。[1]它廣泛應(yīng)用于電子測量 、電力工程、物礦勘探、醫(yī)療、振動分析、聲學(xué)分析、故障診斷及教學(xué)科研等方面

5、，是工程師進(jìn)行產(chǎn)品研發(fā)和生產(chǎn)的必備儀器之一。 它的主要功能是為待測設(shè)備提供穩(wěn)定、可靠并可以人工調(diào)節(jié)和控制的信號源,如正弦波、方波 、三角波、鋸齒波、白噪聲和掃頻信號以及用戶定義的任意波形。[2]</p><p>　　任意波發(fā)生器是以D/A變換器為核心的，由時鐘電路、存儲器電路、控制邏輯（計數(shù)器電路、地址譯碼電路）、計算機(jī)、濾波放大器等環(huán)節(jié)組成的，能將具有幅度量化特征和時間抽樣特點的離散數(shù)據(jù)組按順序發(fā)出，生成模擬信

6、號波形的一種數(shù)字化模擬信號發(fā)生裝置，其技術(shù)內(nèi)涵和實質(zhì)是使用離散的數(shù)字化方式產(chǎn)生連續(xù)的模擬信號波形；用有限個量值狀態(tài)及其階躍過渡過程描述具有無限個量值狀態(tài)的信號波形。[3]任意波發(fā)生器可以產(chǎn)生任意波形，就是因為這個特點，使它成為一種極為重要的通用基礎(chǔ)儀器設(shè)備。從功能上看，它幾乎可以代替目前已有的通用和專用信號源，并且能提供其它種類信號源幾乎無法實現(xiàn)的信號和功能。隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和進(jìn)步，或許將來某一天，任意波發(fā)生器將取代目前幾乎所有的以電

7、路理論為基礎(chǔ)的信號源。[4]現(xiàn)今對于任意波發(fā)生器有著各種的研究，使其功能更加的完善。以下就介紹幾種有關(guān)這方面合成技術(shù)的研究。</p><p>　　直接數(shù)字頻率合成(Direct Digital Frequency Synthsis,簡稱DDS)是一種新的頻率合成方法,它的發(fā)明和使用是信號頻率合成領(lǐng)域里的一次革命。隨著數(shù)字集成電路和微電子技術(shù)的發(fā)展,直接數(shù)字頻率合成技術(shù)日益顯露出它的優(yōu)越性?；贒DS技術(shù)的任意波形

8、發(fā)生器具有輸出頻率穩(wěn)定、準(zhǔn)確,波形質(zhì)量好和輸出頻率范圍寬等一系列獨特的優(yōu)點,是任意波形發(fā)生器研究的一個重要方向。[5] </p><p>　　目前波形合成技術(shù)主要有兩種通用的方法，一種是使用專用的DDS芯片，一種是基于CPLD/FPGA的解決方案。雖然專用DDS芯片的功能也比較多，但控制方式卻是固定的，控制不靈活。而基于CPLD/FPGA的則能夠運用各種不同的技術(shù)，對任意波發(fā)生器進(jìn)行研究。</p>

9、<p>　　基于單片機(jī)控制 ,采用 DDS技術(shù) ,利用 FPGA 芯片來實現(xiàn)以 DDS模塊為核心的任意波形產(chǎn)生系統(tǒng)。該波形產(chǎn)生系統(tǒng)所產(chǎn)生的波形種類齊全、 頻率分辨率高、 帶寬寬 ,同時實現(xiàn)了信號的調(diào)相功能。并且利用FPGA則可以根據(jù)需要利用Verilog語言方實現(xiàn)各種比較復(fù)雜的調(diào)頻、調(diào)相和調(diào)幅功能，具有良好的實用性。[6][7]</p><p>　　采用直接數(shù)字頻率合成(DDS)技術(shù),用VHDL語言編程

10、實現(xiàn)，集成于可編程邏輯器件(FPGA)中。這種任意波形發(fā)生器可以通過改變相位步進(jìn)或分頻倍數(shù)調(diào)節(jié)頻率，通過改變相位控制字調(diào)節(jié)初始相位，通過改變D/A電阻網(wǎng)絡(luò)的基準(zhǔn)電壓調(diào)節(jié)幅度?？梢钥闯?采用該方法設(shè)計的任意波形發(fā)生器輸出的波形與傳統(tǒng)的波形發(fā)生器相比，具有波形平滑、無毛刺、波形穩(wěn)定度高、頻率穩(wěn)定度和分辨率高等眾多優(yōu)點。[8]</p><p>　　基于VXI總線的四通道智能化任意波發(fā)生器其模塊采用DSP+FPGA實現(xiàn)智

11、能控制,應(yīng)用先進(jìn)的DDS(直接數(shù)字頻率合成器)技術(shù)產(chǎn)生任意波,輸出波形可加載波進(jìn)行調(diào)制;本模塊具有四個獨立的通道,相互之間進(jìn)行電氣隔離,可輸出幅度連續(xù)可調(diào)的電壓和電流信號。[9]</p><p>　　基于 FPGA 和雙端口 RAM 的 DDS任意波形發(fā)生器具有很高的頻率分辨率,如可達(dá)到１Hz 至0.001Hz 以下；能產(chǎn)生較寬頻率范圍的信號，如可從0.001MHz 至100MHz 以上；輸出頻率轉(zhuǎn)換速度快，與鎖

12、相系統(tǒng)不同，DDS是一個開環(huán)系統(tǒng)，當(dāng)一個新的頻率數(shù)據(jù)送入它時，就會迅速合成并輸出該頻率，頻率轉(zhuǎn)換時間可達(dá)μs 級甚至ns 級；便于實現(xiàn)程控，精度高，使用方便。由于采用了DDS 電路，還可以很方便地實現(xiàn)諸如 FSK 、ASK 等調(diào)制波的輸出。[10]</p><p>　　基于雙DDS的高速任意波發(fā)生器實現(xiàn)技術(shù)，是在利用 FPGA 實現(xiàn)DDS 的基礎(chǔ)上，使用兩路DDS 分別產(chǎn)生主波形和調(diào)制波形，方便地實現(xiàn)兩個任意波信

13、號的幅度調(diào)制；同時，通過調(diào)制波形數(shù)據(jù)實時控制主DDS 的頻率控制字, 用數(shù)字的方法直接實現(xiàn)波形的各種頻率調(diào)制。這種方法極大地縮小了硬件體積, 實現(xiàn)更加靈活。[11] </p><p>　　以上都是對于任意波發(fā)生器的內(nèi)部技術(shù)合成進(jìn)行簡要的舉例說明，下面就任意波發(fā)生器的輸入設(shè)備再簡要的介紹下。</p><p>　　波形數(shù)據(jù)是任意波發(fā)生器顯示各種波形的前提，波形文件數(shù)據(jù)必須從外部存儲設(shè)備輸入到任

14、意波發(fā)生器存儲器里。目前國內(nèi)主流的任意波發(fā)生器大都采用鍵盤和用上位機(jī)控制。鍵盤輸入比較慢，而上位機(jī)則有需要串口進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸、過程繁瑣等缺點。隨著USB技術(shù)的普及和USB存儲設(shè)備成本的降低，數(shù)據(jù)不易丟失、容量大、讀寫速度快的U盤必將逐漸取代傳統(tǒng)的方法。在任意波發(fā)生器中引入USB主控制器來操縱USB大容量存儲類設(shè)備，既可以快捷地利用U盤中的波形數(shù)據(jù)，又可以將任意波發(fā)生器所顯示的波形相關(guān)信息存入U盤中。[12] </p><

15、;p><b>　　總結(jié)</b></p><p>　　通過上述文獻(xiàn)綜述的撰寫，對信號發(fā)生器的發(fā)展歷史，任意波發(fā)生器的組成、功能、應(yīng)用及輸入設(shè)備、存儲設(shè)備的發(fā)展趨勢等有了初步的了解。同時對于任意波發(fā)生器中的各種波形合成技術(shù)的主要原理和特點也大致的有了一些了解，為后面的設(shè)計打下基礎(chǔ)。本次的設(shè)計以現(xiàn)場可編程門陣列FPGA為主要硬件，以EDA軟件MAXPLUS2為主要工具，設(shè)計一個任意波發(fā)生器，

16、通過修改程序能夠產(chǎn)生方波、正弦波、三角波、鋸齒波等不同信號波形。</p><p><b>　　參考文獻(xiàn)：</b></p><p>　　王文華.基于DDS技術(shù)的任意波形發(fā)生器研究[D].浙江大學(xué),2002年.</p><p>　　石瑋. 基于FPGA和雙端口RAM的DDS任意波形發(fā)生器的實現(xiàn)[J].湖北師范學(xué)院學(xué)報(自然科學(xué)版),2008,28(

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