信号发生器的设计方案综述【文献综述】

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毕业论文文献综述电子信息工程信号发生器的设计方案综述摘要：本文首先介绍了信号发生器的背景与应用，然后提出了基于直接数字频率合成(DDS)技术的信号发生器实现，概述了DDS的概念及基本结构，介绍了基于FPGA、单片机及专用芯片的信号发生器实现方案，最后对这些方案给出笔者的评价。关键词：DSPBUILDER；数字移相信号发生器；DDS1引言在当今社会，信号发生器作为电子领域中的最基本、最普通、最广泛的仪器之一，是工科类电子工程师进行信号仿真实验的最佳工具。而信号发生器是指能产生测试信号的仪器，它主要用于产生被测电路所需特定参数的电测试信号。本文设计的数字移相信号发生器通过移相技术在数控、数字信号处理机、工业控翻、自动控制等各个领域得以应用[1]。2DDS概述直接数字频率合成DDS(DirectDigitalFrequencySynthesizer)是一种采用数字化技术、通过控制相位的变化速度、直接产生各种不同频率信号的新型频率合成技术，标志着第三代频率合成技术的出现。它是把一系列数字量形式的信号通过数模转换器(DAC)转换成模拟量形式的信号[2]。目前使用的最广的一种DDS方式是利用高速存储器作查找表。然后通过高速DAC输出已经用数字形式存入的正弦波。具有频率切换时间短，频率分辨率高，频率稳定度高。输出信号的频率和相位可快速程控交换、输出相位连续、容易实现频率、相位和幅度的数控调制等优点[3]。图1DDS基本结构DDS是以数控的方式产生频率、相位和幅度可以控制的正弦波，如图1所示为基本DDS 结构，由相位累加器、相位调制器、正弦ROM查找表、D／A构成[4]。相位累加器是整个DDS的核心，它由一个累加器和一个N位相位寄存器组成，每来一个时钟脉冲，相位寄存器以相位步长M增加，相位寄存器的输出与相位控制字相加，完成相位累加运算，其结果作为正弦查找表的地址，正弦ROM查找表内部存有一个完整周期正弦波数字幅度信息，每个查找表地址对应正弦波中o。～360。范围的一个相位点，查找表把输入的地址信息映射成正弦波幅度信号，通过D／A输出，经低通滤波器后，即可得一纯净的正弦波。而所谓的移相，就是指两路同频的信号，以其中的一路为参考，另一路相对于该参考作超前或滞后的移动，即称为相位的移动。两路信号的相位不同，便存在相位差，简称相差[5]。两路信号的相位差用相位字来控制，只要相位字不同，就可得到两路不同相位的移相信号。3基于DDS的数字移相系统设计3．1基于FPGA的实现传统使用FPGA的数字信号处理系统的设计，首先需要用仿真软件进行建模仿真，得到预想中的仿真结果后。再根据仿真过程和结果，使用硬件描述语言创建硬件工程，最后完成硬件仿真。整个过程漫长而繁杂，尤其困难的是仿真过程不够直观．一旦遇到问题无法及时准确地确定问题所在。而DSPBuilder作为一个面向DSP开发的系统级(或算法级)设计工具，它架构在多个软件工具之上，并把系统级和RTL级两个设计领域的设计工具连接起来，最大程度地发挥了两种工具的优势[5]。DSPBuilder依赖于MathWorks公司的数学分析工具Matlab/Simulink,DSPBuilder允许设计者在Matlab中完成算法设计,在Simulink软件中完成系统集成,通过SignalCompiler模块生成QuartusII软件中可以使用的硬件描述语言(VHDL)文件,它提供了QuartusII软件和MATLAB/Simulink工具之间的接口,通过DSPBuilder、SOPCBuilder、QuartusII软件构筑的一套从系统算法分析到FPGA芯片实现的完整设计平台[6]。3．2基于单片机的实现基于单片机的信号发生器其核心内容是单片机的主程序，主程序对整个设计起着总控作用[7]。设计方案如图2所示．系统在程序控制下，先读取P3口决定波形信号类别，然后由Po口输出数据，经D／A转换后放大、滤波输出．波形频率在线调整是通过读取P2口上的拨码开关的编码，并根据该编码产生的数字量，在PO口输出一个数据后立即产生一个对应时长的延时时间来实现．幅度调整是通过接在DAC上的滑动变阻器来改变D／A转换的参考电压来实现[8]。 图2系统方案3．3基于专用芯片的实现基于专用芯片来实现数字移相信号发生器设计，如AD9850芯片。AD9850是美国AD公司生产的高集成度DDS芯片，采用CMOS工艺，其功耗在3．3V供电时仅为155mW，扩展工业级温度范围为-40～80℃，采用28引脚的SSOP表面封装形式[9]。它主要由可编程DDS系统、高性能模数变换器(ADC)和高速比较器3部分构成。AD9850有40位控制字，32位用于频率控制，1位用于电源休眠控制，2位用于选择工作方式，其中5位用来进行相位控制[10]。结论基于DSPBUILDER的数字移相信号发生器设计，系统采用了直接数字频率合成（DDS）技术，利用DSPBUILDER建立数字移相信号发生器的模型，并在DSPBUILDER平台上完成仿真和编译，该系统产生的波形稳定，抗干扰能力强，频率、相位和幅度调节方便，精度高，有一定的开发及生产价值。基于单片机编程来设计信号发生器,它从技术上克服了元器件分散性造成波形失真的问题。用专用芯片来实现的设计，它只需要很少外部元件就能实现波形信号且达到较高效率，易于调试，实现难度低。参考文献：[1]王志强.数字移相信号发生器的设计研究[J].中国高新技术企业,2008:144～151.[2]张先志.基于DDS技术的线性调频信号的生成[J].现代电子技术,2008(15):30～33.[3]罗韩君,刘明伟,林亚风.基于DSPBuilder的DDS设计与实现[J].现代电子技术,2008,2,31(17):147～150.[4]赖昭胜,管立新.基于DspBuilder的DDS实现及其应用[J].微计算机信息,2006,4,22 (11-2):187～208.[5]郝小江,伍刚,周玉荣.基于FPGA的数字移相信号发生器设计[J].微计算机信息,2009,2,25(2-2):169～182.[6]周彬,秦玉娟,王振利.基于DSPBuilder的多种数字调制的实现[J].兰州工业高等专科学校学报,2009,12,16(6):30～32.[7]杨恢先，黄辉先.单片机原理及应用[M].1.北京：人民邮电出版社，2007，12：16～18.[8]雷发禹，宾淼林，李永枧，刘泽华，姚自强.基于单片机的信号发生器设计与仿真[J].2009,9,6(3):40～43.[9]许德志，丁才成.一种基于DDS技术的信号发生器研究与实现[J].2010,3,23(3):59～61.[10]刘伟，胡仁杰，王峥.基于AD9850芯片的信号发生器的研究[J].2009,11,(11):19～21.[11]DavidV．Schuehler,JamesMoscolaJohnW．Lockwood．Architec-tureforahardware-based，TCP／IPcontent-processingsystem．IEEEComputerSociety，2004，4：62-69．[12]Altera．DSPBuilderUserGuide[EB／OL]．[2009-04-20]．http://www．altera．com／literature／ug／ug_dsp_builder.pdf．