文档介绍：1 绪论
波形发生器是一种常用的信号源,广泛应用于通信、雷达、测控、电子对抗以及现代化仪器仪表等领域,是一种为电子测量工作提供符合严格技术要求的电信号设备。随着现代电子技术的飞速发展,现代电子测量工作对波形发生器的性能提出了更高的要求,不仅要求能产生正弦波、方波等标准波形,还能根据需要产生任意波形,且操作方便,输出波形质量好,输出频率范围宽,输出频率稳定度、准确度及分辨率高,频率转换速度快且频率转换时输出波形相位连续等。可见,为适应现代电子技术的不断发展和市场需求,研究制作高性能的任意波形发生器十分有必要,而且意义重大。
波形发生器的发展及现状
波形发生器的核心技术是频率合成技术,主要方法有:直接模拟频率合成、锁相环频率合成(PLL),直接数字合成技术(DDS)。
传统的波形发生器一般基于模拟技术。它首先生成一定频率的正弦信号,然后再对这个正弦信号进行处理,从而输出其他波形信号。早期的信号发生器大都采用谐振法,后来出现采用锁相环等频率合成技术的波形发生器。但基于模拟技术的传统波形发生器能生成的信号类型比较有限,一般只能生成正弦波、方波、三角波等少数的规则波形信号。随着待测设备的种类越来越丰富,测试用的激励信号也越来越复杂,传统波形发生器已经不能满足这些测试需要,任意波形发生器(AWG)就是在这种情况下,为满足众多领域对于复杂的、可由用户自定义波形的测试信号的日益增长的需要而诞生的。随着微处理器性能的提高,出现了由微处理器、D/A以及相关硬件、软件构成的波形发生器。它扩展了波形发生器的功能,产生的波形也比以往复杂。实质上它采用了软件控制,利用微处理器控制D/A,就可以得到各种简单波形。但由于微处理器的速度限制,这种方式的波形发生器输出频率较低。目前的任意波形发生器普遍采用DDS(直接数字频率合成)技术。基于DDS技术的任意波形发生器(AWG)利用高速存储器作为查找表,通过高速D/A转换器对存储器的波形进行合成。它不仅可以产生正弦波、方波、三角波和锯齿波等规则波形,而且还可以通过上位机编辑,产生真正意义上的任意波形。
FPGA
FPGA是英文Field Programmable GateArray的缩写,即现场可编程门阵列,它是在PAL、GAL、EPLD等可编程器件的基础上进一步发展的产物。它是作为专用集成电路领域中的一种半定制电路而出现的,既解决了定制电路的不足,又克服了原有可编程器件门电路数有限的缺点[8]。
FPGA采用了逻辑单元数组LCA(Logic Cell Array)这样一个新概念,内部包括可配置逻辑模块CLB(Configurable Logic Block)、输出/输入模块lOB(Input/Output Block)和内部联机(Interconnect)三个部分。
FPGA的基本特点主要有:(1)采用FPGA设计ASIC电路,用户不需要投片生产,就能得到合用的芯片。(2)FPGA可做其他全定制或半定制ASIC电路的中试样片。(3)FPGA内部有丰富的触发器和I/O引脚。(4)FPGA是ASIC电路中设计周期最短、开发费用最低、风险最小的器件之一。(5)FPGA采用高速CHMOS工艺,功耗低,可以与CMOS、TTL电平兼容。因此,FPGA芯片是小批量系统提高系统集成度、可靠性的最佳选择之一。
FPGA具有静态可重复编程和动态在系统重构的特性,使得硬件功能可以像软件一样通过编程来修改。在FPGA实际应用中,设计的保密和设计的可升级是十分重要的,用单片机束配置FPGA可以很好的解决上述问题。用单片机配置FPGA器件时,关键在于产生合适的时序。
可编程逻辑芯片的发展,特别是高速FPGA的推出,给DDS的开发应用提供了一个非常合适的契机。利用FPGA,普通用户也可以根据需要开发自己的DDS芯片。FPGA一般使用HDL语言进行开发。HDL语言软件式的硬件设计方法可以给DDS芯片的设计带来高度的灵活性,可以根据需要方便的实现所需的功能。同时,FPGA的速度也越来越快,现在的FPGA已经可以轻松的工作在上百MHz的时钟频率之下,这样就给实现高速DDS芯片提供了有利条件。
虚拟仪器
1986年,美国国家仪器公司提出了虚拟仪器的概念。虚拟仪器是以通用计算机作为系统控制器,由软件来实现人机交互和大部分仪器功能的一种计算机仪器系统。虚拟仪器利用个人计算机强大的图形环境来建立虚拟仪器面板,从而完成对仪器的控制、数据分析与显示功能。它可以代替传统仪器,改变传统仪器的使用方式,提高仪器的功能、使用效率,大幅度降低仪器价格,使用户可以根据自己的需要定义仪器的功能
[10]。虚拟仪器的出现代表着仪器发展的最新方向和潮流,是信息技术的一个重要领域,对科学技术的发展和工业生产将产生不可估量的影响。与