任意波發(fā)生器的vhdl設計【文獻綜述】

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

2、廣泛的使用。從理論到工程對信號的發(fā)生進行深入研究,不論是從教學科研角度,還是從工程技術保障服務角度出發(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，當電子設備剛開始出現(xiàn)時，它就出現(xiàn)了。隨著通信和雷達技術的發(fā)展，四十年代出現(xiàn)了主要用于測試各種接收機的標準信號發(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制器的脈沖信號發(fā)生器。由于早期的信號發(fā)生器機械結構比

3、較復雜，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也都有了大幅度的提高，同時在簡化機械結構、小型化、多功能等各方面也有了顯著的進展。信號發(fā)生器的應用非常廣泛，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)是隨著不斷進步的計算機技術和微電子技術在測量儀器中的應用而形成和發(fā)展起來的一類新型信號源。[1]它廣泛應用于電子測量 、電力工程、物礦勘探、醫(yī)療、振動分析、聲學分析、故障診斷及教學科研等方面

5、，是工程師進行產(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備提供穩(wěn)定、可靠并可以人工調節(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、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，其技術內涵和實質是使用離散的數(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儀器設備。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。隨著科學技術的發(fā)展和進步，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這方面合成技術的研究。</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域里的一次革命。隨著數(shù)字集成電路和微電子技術的發(fā)展,直接數(shù)字頻率合成技術日益顯露出它的優(yōu)越性?；贒DS技術的任意波形

8、發(fā)生器具有輸出頻率穩(wěn)定、準確,波形質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，對任意波發(fā)生器進行研究。</p>

9、<p>　　基于單片機控制 ,采用 DDS技術 ,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)各種比較復雜的調頻、調相和調幅功能，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,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或分頻倍數(shù)調節(jié)頻率，通過改變相位控制字調節(jié)初始相位，通過改變D/A電阻網(wǎng)絡的基準電壓調節(jié)幅度?？梢钥闯?采用該方法設計的任意波形發(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,應用先進的DDS(直接數(shù)字頻率合成器)技術產(chǎn)生任意波,輸出波形可加載波進行調制;本模塊具有四個獨立的通道,相互之間進行電氣隔離,可輸出幅度連續(xù)可調的電壓和電流信號。[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；輸出頻率轉換速度快，與鎖

12、相系統(tǒng)不同，DDS是一個開環(huán)系統(tǒng)，當一個新的頻率數(shù)據(jù)送入它時，就會迅速合成并輸出該頻率，頻率轉換時間可達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，是在利用 FPGA 實現(xiàn)DDS 的基礎上，使用兩路DDS 分別產(chǎn)生主波形和調制波形，方便地實現(xiàn)兩個任意波信

13、號的幅度調制；同時，通過調制波形數(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)生器的內部技術合成進行簡要的舉例說明，下面就任意波發(fā)生器的輸入設備再簡要的介紹下。</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)必須從外部存儲設備輸入到任

14、意波發(fā)生器存儲器里。目前國內主流的任意波發(fā)生器大都采用鍵盤和用上位機控制。鍵盤輸入比較慢，而上位機則有需要串口進行數(shù)據(jù)傳輸、過程繁瑣等缺點。隨著USB技術的普及和USB存儲設備成本的降低，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信息存入U盤中。[12] </p><

15、;p><b>　　總結</b></p><p>　　通過上述文獻綜述的撰寫，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、應用及輸入設備、存儲設備的發(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的主要原理和特點也大致的有了一些了解，為后面的設計打下基礎。本次的設計以現(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：</b></p><p>　　王文華.基于DDS技術的任意波形發(fā)生器研究[D].浙江大學,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].湖北師范學院學報(自然科學版),2008,28(

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