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智能高頻任意波形發(fā)生器的研究
2013-03-04
數(shù)字波形合成器的設(shè)計(jì)在結(jié)構(gòu)上大致分三類(lèi)方法。
方法一：直接數(shù)字查表法合成周期信號(hào)，結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖1。波形數(shù)據(jù)固化在EPROM或其它非易失性存儲(chǔ)器中，通過(guò)查表電路，再晶振時(shí)鐘控制下不斷地從EPROM中取出數(shù)據(jù)，通過(guò)DAC和低通濾波器(LPF)輸出。此結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)是能產(chǎn)生較高頻率的信號(hào)，但不便程控且產(chǎn)生信號(hào)類(lèi)型有限。
方法二：利用單片機(jī)查表法合成周期信號(hào)，波形數(shù)據(jù)固化在EPROM中，單片機(jī)不斷地從存儲(chǔ)器中取出數(shù)據(jù)，經(jīng)并行口送出，在經(jīng)DAC和LPF輸出。特點(diǎn)是便于程控，但不能產(chǎn)生較高頻率的信號(hào)。
方法三：利用單片機(jī)生成數(shù)據(jù)與查表相結(jié)合的方法合成周期信號(hào)，
基本波形數(shù)據(jù)固化在EPROM中，輸出某種波形時(shí)，首先根據(jù)基本波形或公式算出波形數(shù)據(jù)送入RAM，然后由查表電路不斷地、周而復(fù)始地從RAM中取出數(shù)據(jù)，通過(guò)DAC和LPF輸出。特點(diǎn)是既便于程控，又能產(chǎn)生較高頻率的信號(hào)，但結(jié)構(gòu)復(fù)雜。
本文所介紹的方案是根據(jù)用戶提出的主要性能技術(shù)指標(biāo)和要求而設(shè)計(jì)的，是對(duì)方法三的一種改進(jìn)、完善。本方案采用數(shù)字信號(hào)處理芯片DSP做主處理器，把波形數(shù)據(jù)的產(chǎn)生和波形的擬合相分離，從而可大大提高產(chǎn)生信號(hào)的頻率；并且本系統(tǒng)增設(shè)了高速數(shù)據(jù)采集模塊和液晶顯示器LCD，能實(shí)時(shí)顯示輸出波形及其主要參數(shù)。
1 硬件框圖及工作原理
本系統(tǒng)由三部分組成：任意周期信號(hào)產(chǎn)生模塊、高速數(shù)據(jù)采集模塊、處理系統(tǒng)及顯示部分。
1.1 任意周期信號(hào)產(chǎn)生模塊
該模塊由高頻晶振、頻率合成器、高速RAM、高速D/A轉(zhuǎn)換器、程控模擬信號(hào)放大器和濾波器組成，其主要任務(wù)是完成波形合成。存儲(chǔ)器的讀、寫(xiě)信號(hào)分別由高頻晶振輸出fo和DSP的寫(xiě)信號(hào)控制，信號(hào)切換由控制器ispLSI完成。其特點(diǎn)：(1)采用高頻晶振控制數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換，克服了數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換受CPU工作速度的限制。(2)采用高速RAM和高速D/A轉(zhuǎn)換器AD9720，數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換速度達(dá)400Msps，完全可以擬合20MHz信號(hào)。(3)頻率合成器主要由高速、高密度器件ispLSI2032設(shè)計(jì)完成，利用多位分頻器細(xì)化頻率設(shè)置，采用循環(huán)周期計(jì)數(shù)，產(chǎn)生高穩(wěn)定度的合成波頻率，在0～20MHz范圍內(nèi)頻率誤差＜0.1%，并克服了非周期采樣而產(chǎn)生的高次諧波，頻率設(shè)置可以程控。(4)程控高速寬帶運(yùn)放可實(shí)現(xiàn)輸出信號(hào)的調(diào)整(放大、偏置)。
來(lái)源：示波器 http://www.bjdaisi.com.cn/
方法一：直接數(shù)字查表法合成周期信號(hào)，結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖1。波形數(shù)據(jù)固化在EPROM或其它非易失性存儲(chǔ)器中，通過(guò)查表電路，再晶振時(shí)鐘控制下不斷地從EPROM中取出數(shù)據(jù)，通過(guò)DAC和低通濾波器(LPF)輸出。此結(jié)構(gòu)的特點(diǎn)是能產(chǎn)生較高頻率的信號(hào)，但不便程控且產(chǎn)生信號(hào)類(lèi)型有限。
方法二：利用單片機(jī)查表法合成周期信號(hào)，波形數(shù)據(jù)固化在EPROM中，單片機(jī)不斷地從存儲(chǔ)器中取出數(shù)據(jù)，經(jīng)并行口送出，在經(jīng)DAC和LPF輸出。特點(diǎn)是便于程控，但不能產(chǎn)生較高頻率的信號(hào)。
方法三：利用單片機(jī)生成數(shù)據(jù)與查表相結(jié)合的方法合成周期信號(hào)，
基本波形數(shù)據(jù)固化在EPROM中，輸出某種波形時(shí)，首先根據(jù)基本波形或公式算出波形數(shù)據(jù)送入RAM，然后由查表電路不斷地、周而復(fù)始地從RAM中取出數(shù)據(jù)，通過(guò)DAC和LPF輸出。特點(diǎn)是既便于程控，又能產(chǎn)生較高頻率的信號(hào)，但結(jié)構(gòu)復(fù)雜。
本文所介紹的方案是根據(jù)用戶提出的主要性能技術(shù)指標(biāo)和要求而設(shè)計(jì)的，是對(duì)方法三的一種改進(jìn)、完善。本方案采用數(shù)字信號(hào)處理芯片DSP做主處理器，把波形數(shù)據(jù)的產(chǎn)生和波形的擬合相分離，從而可大大提高產(chǎn)生信號(hào)的頻率；并且本系統(tǒng)增設(shè)了高速數(shù)據(jù)采集模塊和液晶顯示器LCD，能實(shí)時(shí)顯示輸出波形及其主要參數(shù)。
1 硬件框圖及工作原理
本系統(tǒng)由三部分組成：任意周期信號(hào)產(chǎn)生模塊、高速數(shù)據(jù)采集模塊、處理系統(tǒng)及顯示部分。
1.1 任意周期信號(hào)產(chǎn)生模塊
該模塊由高頻晶振、頻率合成器、高速RAM、高速D/A轉(zhuǎn)換器、程控模擬信號(hào)放大器和濾波器組成，其主要任務(wù)是完成波形合成。存儲(chǔ)器的讀、寫(xiě)信號(hào)分別由高頻晶振輸出fo和DSP的寫(xiě)信號(hào)控制，信號(hào)切換由控制器ispLSI完成。其特點(diǎn)：(1)采用高頻晶振控制數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換，克服了數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換受CPU工作速度的限制。(2)采用高速RAM和高速D/A轉(zhuǎn)換器AD9720，數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換速度達(dá)400Msps，完全可以擬合20MHz信號(hào)。(3)頻率合成器主要由高速、高密度器件ispLSI2032設(shè)計(jì)完成，利用多位分頻器細(xì)化頻率設(shè)置，采用循環(huán)周期計(jì)數(shù)，產(chǎn)生高穩(wěn)定度的合成波頻率，在0～20MHz范圍內(nèi)頻率誤差＜0.1%，并克服了非周期采樣而產(chǎn)生的高次諧波，頻率設(shè)置可以程控。(4)程控高速寬帶運(yùn)放可實(shí)現(xiàn)輸出信號(hào)的調(diào)整(放大、偏置)。
來(lái)源：示波器 http://www.bjdaisi.com.cn/
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