小草手把手教你LabVIEW仪器控制
小草手把手教你LabVIEW仪器控制LabVIEW 串口通信 的讲解 很详细小草手把手教你 Labview串凵仪器控制,开篇词(1),关于LabⅤEW我大概接触 LabView才两年,这两年,也只是一个业余爱好,也写过很多代码。以数据采集跟仪器控制居多,虽然没做过太大的项日,不过平时在QQ群里或者GSD论坛跟ihome论坛看过别人的问题,都会自己思考一遍,然后看解答或者给别人解答。本科时候大四学过LabⅤEW的倮程,结果那时侯,却忙着考研,没怎么听课,然后有上机考试,老师总会说,要自己动于做一做,不然自己肯定不会做的。然后自己也不太懂,只管考研。后来期末考试,还是不会做。成绩只是及格硏一时候,由于教学需要,自己买了本《我和 LabvIew》,NI公司的人都很推荐这本书,也是他们公司的大牛写的。然后我自己看了下,然后又去图书馆借了很多书,结果都大同小异。《我和 Labview》确实很好,很多经验之谈,自凵都经常翻一番,而且自u也经常会写写笔记,或者看看 LabvIew自带的范例。两年过去了。LabⅤlW的应用,如果专业知识要求不是特别晑,我都会业余去了解,最常见的就是数据釆集,还有串口通讯,还有图像处理,还有数学运算等等,还有 GSDzone, net上面的代码库的很多小程序两年内,看到Q群里,问的最多的就是串口通信问题。原因是很多做嵌入式单片机之类的,学校毕业设计需要,或者自己项目需要,人概都是山于有需要才学这个语言。现在网上的教程很多,但是很多人,还是有各种各样的问题所以,QQ群里经常有人重复的问VSA串口通信的问题,几乎每天都有,而且特别是毕业设计或者期末课程设计的时候。而且这个时候,网上的代做毕业设计的,貌似也很火我比较反感那些只为了完成某种任务(毕业设计或者课程设计)而到论坛或者加很多Q群来求资源的。我没有给人代做过毕业设计,只是从开始到现在,帮助过很多完成课程设计或者毕业设计。我觉得,生活中很多东西,你都应该端正自己的态度和培养自己的思维。而不是只为求个功利性的结果。要做一个自己有自己独立思考和学习能力的人。一个人的能力是慢慢的学习出来的。所以,很多吋候,Q群里很多人的问题根本不是编程问题,而是自己思维的问题由于使用串凵通信的人很多,网上看了看,虽然资料很多,但是很杂,也没谈到什么经验问题。所以,自凵建议Q样群主木风创办了《那些年,我们一起 Labview》这个论坛,为了帮大家总结常见的问题,避免不停地重复地把某个问题问着。比如今天有人在群里问某个问题,给解答了,第二天,又有人问同样的问题。如果在论坛回复,可以自己搜搜以往回答。关于 Labview的论坛网上很多,主要推荐N官网 GSDzone. net跟 ihome。自己如果对LabⅤEW很感兴趣,并且想多学习,可以经常到上面去看看,里面还有很多资源,可以自己搜搜旦然论坛很多,但是,回帖的效很低,或者没人去好好整理,所以,我们创办了自己的论坛有兴趣可以访问我们的论坛:htp:/www.mufenglv.com或者百度“那些年,我们一起 Labview”。也欢迎大家到上面提问交流、那些年,我们一起LabⅤIEW,无论那些年过去多久,记得自己曾经用过LabⅤIEW,记得我们的论坛。那些年,为你自己 LabviewLIEWsaRMergunethttp://www.mufengly.comEmail:happyarrow@qq.com小草手把手教你 Labview串凵仪器控制(2),关于仪器控制很多人到群里或者论坛问LabⅤIEW编写串口程序的问题。为什么这么多人用 Labview编写串口呢?因为它方便。编写上位机,只需要几个步骤,就完成了。LabvIew在仪器控制方面,还是很有优势的,把你仪器给你,读懂指令,然后估计半小时就可以编写好一个完整的仪器控制系统。从仪器配置到薮据发送,数据接收,到数据生成报表。如果使用其他语言,例如VB.VC之类的,写过仪器控制的同学来说,这个问题,写个界面,就要写半天,还得什么进制转换啊,各种操作,麻烦多了。但是,如果你采用LabⅤEW,这些问题,都是小儿科了。所以,你想做仪器控制,选择 Labview吧,这样,你将节省很多很多时间。到现在为止,我写过好多个仪器控制的,比如 keithley20002400万用表, Ruska7250压力计等等,还有很多利用 MODBUS总线通讯的仪器常见的仪器通讯协议人概就SCPI, MODBUS等等,当然还有自定义的,搞过单片机和上位机的,应该都比较熟悉,可以自己定义协议,然后发命令给单片机,单片机回送数据。归结起来,都是使用的VSA,使用 Labview的VSA驱动来编程还是很方便的。对VISA不明白的同学,可以百度下VSA,它是一种虚拟架构,让你不用关心底层,直接调用就好,而且不用管接∏是什么类型的,它通吃。比如,你是232接∏,用VSA吧,485接口,用ⅥSA吧,是GPIB接口(GPIB实际上不属于串口,所以,本篇不讲GPIB方面的内容,但是使用方式也是VSA,不过自己要安装好GPB卡跟它的驱动)?一样的用VSA吧用过VB、VC的,可能用 WINAPI习惯了。用 MSComm控件啊,用其他的DLL什么的,当然也可以,那样,可以在生成 SETUP文件时候,少打包进VSA,这个看自己需求了。其实既然有VISA,而且也方便使用,我建议大家还是使用ⅤISA吧。LabⅤIEW的推岀,本来就是为了让编程简单化,模块化,你如果用其他的DLL之类的,要涉及到底层的些知识,要配置很多参数什么什么的(3)一些建议本文章,旦然是手把手教你串∏仪器控制,但是由于本人能力有限,并不能面面俱到而且篇幅也有限。由于自己临近毕业,所以很多精力也有限建议读本篇文章时候,读者需要自己对 Labview有一定的了解跟认识,会基本的程序结构。一般建议看LabⅤlW相关的书籍的前儿章。看基础部分就差不多了。我所说的前几章,一般指数据类型,基本程序结构,错误调试。这几个自己一定要弄清楚。这个是最基本的对于串口通信来说,最麻烦的就是数据转换,最常见的,就是16进制转10进制,浮点数转16进制,10进制转16进制。还有正常显示的16进制到IEX显示的字符串转换的。所以,自己好好看数据类型对于仪器,看说明书:物理连接方式(232或485)、通信指令(协议)必须有。本篇文章,可能话语比较啰嗦,由于自己非专业写手,只能用自己方式米描述问题不过建议如果对串口不太了解的人,还是从头看起,因为篇幅不长谢谢大家的阅读本帖网址:htt:/www.mufenglv.net/forum.php?mod=viewthread&tid-17&exta=page%3D1IEWwkaMeMgis.nethttp:/www.mufenglv.comEmail:happyarrow@qq.com小草手把手教你 Labview串凵仪器控制二,VSA驱动下载安装篇:上一篇,我已经讲了。仪器控制,核心在于VSA函数.。有些仪器可能不需要ISA,有自凵的DLL什么的,我就管不着正常情况下,大家安装的LabⅤIEW,都是不带ⅤISA驱动的。但是, Lab view即使不安装VSA驱动,也是有VSA函数的啦!注意:有些人以为有VSA函数就是装了驱动,我无法理解现在人的思维跨度真的是很大,所以,学习知识,不要一贯自己想当然,一步一步的踏实地走。VISA函数的位置见下图。问数据阳力工且包享变量用户局可变量①山: Lan T L51t队列操作七串口SHLP3配置〓口1电可儿选板当然,还有一个位置。其实都差不多的啦。自己可以研究下。见下图所伙器IMWBs卜数据信仪器LU时于控制设计与仿真+88下T」v工≤A收藏月户库产丽心高AJI IvVIk咋设备淸零A读职rBⅥA触发打开ⅥS关闪s:奇共资源SA设置超时vsA属性节点总线/接口配置更改可见选江5读取文.ⅥA读取识事处理ⅥIs解寄存器访问LIEWsrwmfeNgivnethttp://www.mufengly.comEmail:happyarrow@qg.com小草手把手教你 Labview串凵仪器控制首先得了解函数在哪里,以后才方便编程串口YL凡PR园讧SA配置串口5戟写S帖卖取Vs关团ⅥA串口字.Ⅵ串口中断Ⅵ3设置工/.ⅥA清空工般用的比较多的函数,就是上面4个啦,其他的,最开始都可以不用管。这4个会用就行啦。基本的串口通信程序,都差不多是上面几和。不信的话,多看一看LabⅤIEW自带的范例。你会发现,结构都差不多吧。这一篇主要讲驱动下载安装。前面只是引言。安装是很重要的步骤哦。是串口通信的前提。安装好了 LabvieW之后,再安装VSAVISA驱动下载地址可以到Wwsn.com官网去搜索,以下我给出了连接地址http://www.ni.com/nisearch/app/main/p/bot/no/ap/tech/lang/zhs/pg/1/sn/catnav:du,n8:3.25.123.1640 shaw:ndr/版本有很多,自己看着办,最好去看下ⅤSA的 support文件说明,看攴持什么版本的LV。正常情况下,高版木的ⅤISA都是支持低版木的 LabVIew,可是如果你的 Labview比较占老,可能会有意外,所以,保险情况,你看下 Support说明。给大家看下支持性文件的链接位置。如下图所示可用下载下乖选项1. NI Downloader: vE a512tull downloader cxc (5/4.9/NB)N推荇使用N下载器提供更稳定文忄下戟意外中断时,可自行缝续文件下载文件下戟斯间,时C上运行提供暂停和驻续功能?标酲下截:近51川Pe7497MRh使用标生下载直接下载至PC连接问题可能会引意外中断,以文件下不稳定n不提供暂停知踡续功能readme. html(33 KB tepatents. tct(17 KByilelicense. r.(103KB le安装很容易,就不停的下步,到完成记住:安装的时候,记得退出杀毒软件,360之类的,这样安装会顺利也防止出意外IEWwhmfeNgnethttp://www.mufenglv.com!Email:happyarrow@qq.com小草手把手教你 Labview串凵仪器控制等待安装结束,会提示重启安装完毕后重启一下电脑。然后到MAX( measurement& Automation Explorer)里找,看设备有接口下,有没有 Serial& Parallcl,有的话,就说明你串口安装成功了安装NI其他硬件驱动,也是同理,看MAX有木有只体操作,点击桌面上Max图标或者找到这个MAX路径运行,按下图位置进行查看。捷方我的系统- measurenent蟲 Hut ion Exp1arer区文件〔)编辑但)查看)工具①)帮助c?显示帮助中□数据邻居即设备和接口网络设备National Instruments+-E NI-IMAAdxr DevicesMeasurement了 Serial 8 Par21eAutomation Explorery CoM1Measurement automationCOM2Explorer(M|A用于访问N『品y CoMCOMe使用指南y COMe管理设备和接口罗LPT管理已经安装的N软件4换算管理设备的虚拟道道和任务软件远程系统凵创建虚拟仪器的换算圍配置N器驱动程序?帮助到现在为止,ⅥSA驭动就安装成功啦很简单的吧。欢迎大家继续关注本论坛。我们将循疗渐进带领大家一步一步的学习 Labview本帖论坛地址:htp:/www.mufenglv.net/forum.php!mod=viewthread&td-46&extra=page%3D1三,安装使用仪器现有驱动声明:很多仪器是没有驱动的。所以,具体问题具体分析。另外声明:所谓的驱动,也就是封装好的底层的串口通信程序,也是程序而己,只不L IEWengu.nethttp://www.mufenglv.com/Email:happyarrow@qq.com小草手把手教你 Labview串凵仪器控制过别人帮你做成了子ⅥI,让自己容易用。所以:不要弄混淆了概念。国外的很多仪器,都是有现成的Lv程序驱动的,这个时候,我们到网上搜搜就行了。如果你要做仪器驱动,你最好先到网上搜搜,看有木有现成的有现成的,开发速度就好多啦如果手边的仪器搜不到现成的驱动,那就只能自己写了下面讲解怎么安装现成的驱动。①,网站下载篇,前面这个贴子讲了。http://www.mufenglv.net/forum.php?mod=viewthread&tid=59&extra=page03d1有兴趣可以看看下面是通过 LabVIew软件下载我下面手把手教下在LV软件里下载安装。首先在LV的帮助菜单里,找到查找仪器驱动E未命名1程序框图章文件￠)编)查署①)项目)操作@)工具)窗口)帮助□今间留别w可12应用程序字体昱示新时帮助锁定印时帮助在帮期.,色解程错吳c木帮迎)查找范列〔查找仪据亚动网络资源0l 1bWAOdx WI RF五R激活LaE粗件激活附加软件检查面新信管息关于L工E"追A造查内邹错误〔然后就会弹出一个仪器査找界面。如果你己经连接好了仪器的使件,且仪器支持DN?这个SCP指令的话可以使用扫描仪器按钮,扫描·下你的仪器。因为使用那个指令,如果仪器连接好没错误,会返回一个仪器本身的仪器类型和版本的。这个时候,LV就知道是什么仪器8EanwUfeNdismethttp:/www.mufengly.comEmail:happyarrow@qq.com小草手把手教你 Labview串凵仪器控制迕接到了。这个需要查仪器说明书指令。E器动程序查找器一配置搜索s KeitHley 2H器驱动查找工具可帮助您方快速地查找和安装abIE即插即用有些仪器,发送IDM?指今会返回点击扫描仪器,1EW会自动象网(m的仪器驱动,刚和江m,可仪锅动仪器的名称跟版本。串口发送命令,看是有返可来判断连接的器类型刃换用户扫措伙器制造高择一个附加关键词□仅认译的驱动程序仕→生[搜索>匚关闭[帮助如果仪器木有连接好,或者没扌描出米(没扫描出米原因太多了。没装ⅤSA驱动,电缆没连接好,仪器参数不对等。)自凵想下载驱动。就自凵选型号了,见卜图。选型号,然后点击搜索我们下面搜索 Keithley2400.好了,点击搜索。H仅驱动厅查找器一配置搜索ID SuieiLLiLiU主已连接的仪器安法的像马动v ReithFKiasu折即月俊器驱动。 Kin.elie Syslems程序Laser preciPrmh戶T附加关键词□所认证的动程序榨牛用千干动设定枵索。壮步_索>□关帮助一LIEWGnrmufengnethttpwww.mufenglv.com/Email:happyarrow@qq.com小草手把手教你 Labview串凵仪器控制然后会搜出来。注意看右边的驱动信息。开发环境,版本,还有支持的接口等。J仪死动程序查找器一搜索结果驱动程序认正cckePl必需的软件支持最低版本亚动程序作订版刮造商支持的号挑口IEEE 0本该言息用于定适合仪和开发环境的马动程序壮步装〉□关二〖鞦助一从上图可以看出,这个仪器支持串∏和GPIB∏。还有支持的型号,有2400,2410等扫肛璽动程序查找器搜索结果动程序m证-3.4★大★大六3等包司k2400 Instrument Driver要动程斥开发环墁:LabVIEW最低版半一.2仪器驱动安装t-style)成功。驱动程序位于以下目录中D: Frorra FilesNtional Instrument:LabYIEY 20111 ib Keithley24置安禁其它程序开始德用该动程序才支持的型号:信息用于确定适合位喜和开发环境的驱动程序。上=步□安装10einethttp://www.mufenglv.com/Email:happyarrow(@qq.com
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基于FPGA的任意波形发生器的研究与设计详细说明文档
非常详细的资料，介绍了FPGA的DDS技术，文档内有verilog的源代码，可以直接使用，非常适合初学者，快点下载吧。ABSTRACTWith the rapid development of science and technology, electronic measurementtechnique has been widely used in each field such as electronics, machinery, medical,measurement and space. The electronic measurement technology needs to use variousforms of high quality source. So arbitrary waveform generator has very importantpractical significance. The development of arbitrary waveform generator, which basedon Direct Digital Synthesis is discussed in this paper. The generator can produce notonly the conventional waveform such as sine wave, square, triangle wave andsawtooth wave, but the arbitrary waveform, thus this can meet the need of the studyThe work of this paper is as follows:( 1) The domestic and overseas status about the arbitrary waveform generator arediscussed. Clarify the various ways of this synthesis technology of frequency andtechnical comparison, and direct digital frequency synthesis technology is selected toresearch(2)Introduce the hardware design in this system structure and the realization offunction, and a detailed description is given about system components. The singlechip microcomputer is chosen as control module, we use FPga as the coretechnology to realize DDs. The periphery of the circuit design and interfacetechnology is analyzed(3) This paper analyses the working principle, characteristics and technical indexesof the DDS. The design is based on EP1C3T144C8 FPGA chips. Realize DDSfunction through the use of phase accumulator and waveform RoM, and apply enablemodule and the determinant keyboard to present the flexible output of variouswaveform(4) The system test data is given. The reason caused by stray and noise influencingthe spectral purity is analyzedKEY WORDS: Electronic measurement; arbitrary waveform generator; DDS; SCM; FPGA华南师范大学学位论文原创性声明本人郑重声明:所呈交的学位论文,是本人在导师的指导下,独立进行研究作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外,本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体,均已在文中以明确的方式标明。本人完全意识到此声明的法律结果由本人承担。论文作者签名:日期:29年6月5日学位论文使用授权声明本人完全了解华南师范大学有关收集、保留和使用学位论文的规定,即:研究生在校攻读学位期间论文工作的知识产权单位属华南师范大学。学校有权保留并向国家主管部门或其指定机构送交论文的电子版和纸质版,允许学位论文被检索、查阅和借阅。学校可以公布学位论文的全部或部分内容,可以允许采用影印、缩印、数字化或其他复制手段保存、汇编学位论文。(保密的论文在解密后遵守此规定)保密论文注释:本学位论文属于保密范围,在年后解密适用本授权书。非保密论文注释:本学位论文不属于保密范围,适用本授权书论文作者签名:导师签名+1期:10年6月5日日期:22)年b月S日第一章绪论本章主要介绍任意波形发生器的研究意义,以及发展的概况与趋势,并介绍本设计所需要做的软硬件工作,提出设计需要实现的目标。11任意波形发生器的研究意义任意波形发生器( Arbitrary Waveform Generator,AWG)实际上是一种多波型的信号发生器,它不仅能产生正弦波、方波、三角波、斜波和指数波等常规波形,也可以表现出载波调制的多样化,如:产生调频、调幅、调相和脉冲调制等。更可以通过计算机软件实现波形的编辑,从而生成用户所需要的各种任意波形,来满足各种实验研究的需要随着科学技术的飞速发展,电子测量技术被广泛应用在电子、机械、医疗、测控及航天等各个领域。许多电子系统,甚至电子器件只有在一定的电信号作用下,其性能才能显露出来。另一方面,一些电器设备在研究和生产过程中也少不了信号源,它们借助信号源通过测量来鉴定其性能的优劣。所以许多现代电子设备和系统的功能如何,都直接的取决于信号源质量的高低,如何产生高稳定度、高准确度的信号是任意波形发生器研制的关键。因此,信号发生器的表现就至关重要。我国的电子测量技术起步较晚,虽然在一些领域也取得了许多突破性进展,但是与世界先进水平相比,仍然存在着很大的差距。因此提高国内电子测量仪器的研制水平,加强核心技术的研发,对我国电子测量技术的发展,有着非常重要的意义。12任意波形发生器的发展概况最早的信号发生器主要采用RC构成振荡电路。如1928年美国先后生产出的调幅信号发生器与调频信号发生器。20世纪40年代许多国家已经开始研究脉冲信号发生器。1962年美国 Wavetek公司在RC电路的基础上,又推出了函数发生器产品。在60年代初,起源于通信领域的频率合成技术也引用到信号源上,出现了合成信号发生器。自80年代以来人们又将微机技术引入信号源,出现了任意波形发生器。早期的信号发生器主要采用模拟电子技术,电路结构复杂,工艺不够成熟,因此存在着如:漂移较大,输岀波形的幅度稳定性差,模拟器件构成的电路尺寸大、价格贵、功耗大等缺点。80年代以后,现代电子、计算机和信号处理等技术的发展,极大的促进了数字化技术在电子测量仪器的应用。高集成化微处理器的出现,增大了更复杂波形产生与波形稳定的操控性。这时期的波形发生器多以软件为主,实质是采用微处理器对DAC的程序控制,从而得到各种所需波形。任意波形发生器的实现方案主要有程序控制输出、DMA输出、可变时钟计数器寻址和直接数字频率合成等多种方式2。目前任意波形发生器的研制主要基于DDS(直接数字频率合成)技术,与传统的频率合成器相比,DDS具有低成本、低功耗、高分辨率和快速转换时间等优点,广泛使用在通信、测量与电子仪器领域,是实现设备全数字化的一个关键技术。近20年发展迅速,因此许多国家都在进行DDS专用芯片的研制。其中AD公司较为突出,如常见的AD9852、AD9858等产品,现在又推出了性能更强大的AD9952、AD9958、AD9912。其中AD9912包含可提供谐波杂散抑制的辅助低功耗DDS内核,以及48位频率调谐字和内置比较器,具有1GSPS内部时钟速率和高达400MHz直接输出。基于DDS技术的任意波形发生器的发展也同步进行,目前的任意波形发生器的产品结构形式主要有三种:独立仪器结构形式、PC总线插卡式和VⅪI模块式。近几年国际任意波形发生器技术主要发展,除了输出波形频率的提高和更方便的波形输入外,便是与ⅴX资源的结合。在测量和产生复杂的任意波形时,VXI系统资源在这些应用中具有较为明显的优势,尤其对自动测试系统(ATE特别有用。任意波形发生器在商业研发生产中,以 Agilent公司和 Tektronix公司最具有代表性,其任意波形发生器产品已经形成相当的市场占有率,并以优异的产品技术,引领着该领域的发展。如: Agilent公司的N6030A任意波形发生器,它拥有15位的垂直分辨率,125GS/s的采样频率,500MH的输出频率。 Tektronixκ公司更是于2008年推出了性能与速度更为优异的产品:AWG700。采样频率高达24GS/s,也可以做到96GHz有效RF频率输出。不仅如此,该产品还提供了高达10位的垂直分辨率:10位(无标记输出)或8位(带有两个标记输出);高达64M(64:80000点的记录长度,提供了更长的数据流;低至100f分辨率的边沿定时位移控制;16000步序列功能,创建无穷大波形循环、跳转和条件分支。能够生成高速串行信号、多电平信号、为存储设备测试生成信号、宽带RF信号。我国从90年代才开始研制任意波形发生器,比较有代表性的产品有北京普源精电科技有限公司生产的DG3121A,它拥有14位的垂直分辨率、300MSa/的采样率和120MHz的最高频率输出。它是业界第一个具备了数字逻辑输出功能的任意波形发生器。指标在国产的函数/任意波形发生器中处于优势地位,在同类产品中,具有最完备的通信接口,具备RS232,USB,GPIB,LAN。但比起同类产品 Agilent公司的33250A在脉冲频率和频率稳定度等方面还有很大差距。不过普源还是在技术长有不少的创新,比如研制出了业界首台混合信号任意波形发生器。北京凯弘仪器生产的基于DDS的函数发生器就很有特色,由于内置了衰减器,能够实现最小01mVpp的输出和00ldB的分辨率。总体而言,国产任意波形发生器自研制以来取得了巨大的进步,但是在最高采样率,最大输出频率、频率稳定度和准确度等指标上和世界先进水平还存在着较大的差距1.3发展趋势由于电子测量技术及其他部门对各类信号发生器的广泛需求及电子技术的迅速发展,促使信号发生器种类日益增多,性能日益提高,尤其随着70年代微处理器的出现,更促使信号发生器向着自动化、智能化方向发展。现在,许多信号发生器除了带有微处理器,因而具备了自校、自检、自动故障诊断和自动波形形成和修正等功能外,还带有IEE488或RS232总线,可以和控制计算机及其他测量仪器一起方便地构成自动测试系统。今后,任意波形发生器在较高的取样率,分辨率,记录长度和线性等方面功能会更强,任意波形发生器在射频和无线测试领域将会获得部分市场。当前信号发生器总的趋势是向着宽频率覆盖、高频率精度、多功能、多用途、自动化和智能方向发展14本文的主要工作硬件设计●电源模块电路的设计:各部件工作电压不同,有5V、3.3V、1.5V三种情况,因此须设计出满足各部件正常工作的电源模块。●单片机系统与接口电路设计单片机作为控制模块,实现与上位机信息传递与通信等各种功能,须设计出单片机的控制模块与相关接口电路●D/A转换与滤波电路的设计D/A转换器与滤波是整个电路的后续处理,D/A转换器实现波形的模拟输出、滤波器则选择合适的滤波器完成对信号的修整。●基于FPGA的DDS模块电路的设计FPGA实现DDS功能是整个设计的关键部分,根据相关原理,设计适合的逻辑图。●整机PCB板设计用 PROTEL DXP2004绘制电路板。软件使用●用Kei1C51对单片机传递信息在 Keil c51环境下,编写程序,完成计算机与单片机的通讯,Kei1提供了包括C编译器、宏汇编、连接器、库管理和一个功能强大的仿真调试器等在内的完整开发方案,通过一个集成开发环境(μ vision)将这些部份组合在起,为单片机的使用提供良好的平台。●在 QuartusⅡ下对FGA进行设计在该环境下,实现FPGA的DDS电路设计实现目标波形要求:常规波形(正弦波、方波,三角波等)、任意波形存储深度:1—1024个点幅度分辨率:8位输出频率范围:1Hz1MHz(固定波形)设计目标:不仅可以生成方波、三角波、正弦波等标准波形,而且还要可以生成用户所需要的任意波形,同时输出波形的频率和幅度均可编程控制。4第二章任意波形发生器的理论分析本章首先介绍了频率合成技术的相关情况,并对三种不同形式的频率合成技术进行分析。同时系统的阐述了DDS的基本组成结构、工作原理、工作特点与技术指标,为DDS的构建打下理论基础。21频率合成技术简介频率合成是指从一个高稳定的参考频率,经过各种技术处理,生成一系列稳定的频率输出。频率合成的概念就是由一个或几个参考频率通过一些转换,产生个或多个频率信号的过程。频率合成技术一般分为直接式(DS)、间接式(PLL)和直接数字式(DDS)三种基本形式。早期的频率合成采用直接式的方式,是由一个或多个晶体震荡器经分频、倍频、混频对一个或几个基准频率进行加、减、乘、除运算产生所需要的频率信号,并通过滤波器产出,这是最早的频率合成信号源的方法。目前该方法仍在使用,主要是因为它频率转换速度、相位噪声低,比较容易实现4。但是该方式涉及的合成器体积过于庞大,而且成本较高,结构复杂、产生任意波形的可控性较低间接合成式是基于锁相环的原理,即PLL。它与前者相比,输出频率的稳定度和准确度都有明显的提高,频谱纯度等性能也有较大改善。主要是因为信号源的振荡频率被固定在频率计数器的时基上,也就是说以稳定度高的振荡器为基准。因此,锁相环的输出频率就与基准频率一致,振荡器输出信号和参考信号之间的相位差为固定的常数,而且锁相环的突出优点是能够抑制叠加到输入信号上的噪声。这是直接式频率合成方法所不能达到的。PLL还有体积小、性价比较高等一系列优点。但是PLL技术也有明显的缺点,采取闭环控制,系统的输出频率改变后,重新达到稳定的时间也就比较长,一般为毫秒级,很难满足高频率分辨率与快速转换率同时具备的要求,因此也有明显瑕疵。直接数字频率合成技术从原理上实现了突破。前两种方法都是通过对基准频率进行运算得出,而DDS技术则是从相位的概念进行频率合成。它按一定的相位间隔,将待产生的波形幅度的二进制数据存储于高速存储器作为查找表,用参考频率源(一般为晶体振荡器)作为时钟,用频率控制字决定每次从查找表中取出波形数据的相位间隔,以产生不同的输出频率,对取出的波形数据通过高速D/A转换器来合成出存储在存储器内的波形。直接数字频率合成技术的主要优点是输出相位连续、相对带宽较大、频率分辨率很高、可编程、准确度和稳定度都比较高。DDS技术是利用查表法来产生波形,而通过修改存储在ROM里的数据,就可以产生任意波形。所以它不仅能产生正弦、余弦、方波、三角波和锯齿波等常见波形,而且还可以根据需要利用各种编辑手段,产生传统函数发生器所不能产生的真正意义上的任意波形。DDSDirect Digital Synthesis)的概念首先由美国学者 J.Tiemcy, C. M.Rader和B.Gold在1971年提出,但限于当时的技术和工艺水平,DDS技术仅仅限于理论研究,而没有应用到实际中去。近20年来,随着Ⅴ LSI( Very Large Scale Integration),FPGA( Field ProgrammableGates Array)以及DSP( Digital Signal Processing)的发展,这种结构独特的频率合成技术得到了飞速发展。目前该技术已经被广泛用于接收机本振、信号发生器、通信系统、雷达系统等相关领域中。22DDS的基本原理和工作特点22DDS的基本结构DDS( Direct Digital Synthesis技术设计思想是基于数值计算信号波形的抽样值来实现频率合成的。它包括数字器件与模拟器件两部分,主要有相位累加器ROM波形查询表、数模转换器组成。其基本框图如下。相位累加器波形RoMD/A转换器低通滤波器控制字K输出时钟图21DDS结构框图(1)相位累加器是DDS的核心部分。一般是由数字全加器和数字寄存器组成实现相位累加。如下图所示。N频率挖制字K加法器备存器时钟频率c图22相位累加器结构框图般DDS的累加器都釆用二进制,线性数字信号通过相位累加器实现逐级的累加。假设累加器字长为N,频率控制字为K,控制时钟频率为f,系统在同
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