DDS任意波形发生器波形数据生成及传输接口设计

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摘要：任意波形发生器是现代测试领域应用最为广泛的通用仪器之一，代表了信号
& b/ ^5 ]2 a8 A7 e+ ?! r1 g源的发展方向。直接数字频率合成（DDS）是十九世纪七十年代初提出的一种全数
! s# m( D: |0 Y% m字的频率合成技术，其查表合成波形的方法可以满足产生任意波形的要求。现场
/ b& t2 r  W) _3 x  z4 n" c: A$ X可编程门阵列（FPGA）具有高集成度、高速度、能实现大容量存储器功能的特性，
9 x5 k' s8 {) c$ L# ^# ^能有效地实现DDS技术。
2 j5 g, Z0 n; Y2 o: V本设计是“基于DDS技术和 FPGA的任意波形发生器设计”工作的一部分，主
! `: m" F/ y% P6 M要任务是产生任意波形数据和实现波形数据的传输接口。按照DDS的基本原理，
; I7 Y1 s  c" P( h以QuartusI软件平台作为开发工具，对FPGA芯片EP1C3T144C8实现的DDS结构
中的数字部分及该部分与单片机的接口进行了设计，其中的波形RAM是任意波形
数据的接收端。在此基础上，使用当前流行的虚拟仪器设计语言Lab Windows/CVI
- n/ d2 e/ u8 X. \作为开发工具，利用计算机强大的计算显示功能，设计实现任意波形发生器的操
& A$ \5 H0 ]3 a* y' b" R/ {; l作面板。通过在操作面板上选择正弦波、方波、三角波、锯齿波等常规波形或手
动绘制测试需求的任意波形，并设置波形参数，产生符合接收要求的波形数据，
; v2 p6 Z0 L2 p8 x, a0 O进而控制硬件模块产生相应的波形信号。产生手动绘制任意波形数据是设计过程
5 L* z9 }8 U# c中的重点和难点，集中体现了任意波形发生器的“任意性”。在众多的计算机接口
中，USB接口具有更快的数据传送速度、更灵活的使用特性，因此选用USB接口来
: `" A/ n+ y" N, J* O实现计算机与任意波形数据接收端之间的数据传输,设计中选用了USB接口芯片
; {$ o' _  L+ o2 CPDIUSBD12和单片机 AT89C52。通过设计硬件连接电路、编写单片机固件程序和设
8 m5 R" O  U! F' Y备驱动相关程序，实现了上位机与任意波形发生器硬件模块之间的数据通信接口。
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( _+ p6 U, e( r  o6 o关键词:任意波形发生器，直接数字频率合成，现场可编程门阵列，Lab
Windows/CVI，通用串行总线
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0 r; F- v$ O+ f' ]# \6 W' W2 O& L8 K波形发生器即通常所说的信号发生器是一种常用的信号源，广泛应用于电子
1 j  t1 L7 s& `! F) `* N电路、自动控制和科学试验领域，是一种为电子测量工作提供符合严格技术要求
1 ~- v1 d# k# f% [) Y4 y的电信号设备，和示波器、电压表、频率计等仪器一样是最普通、最基本也是应
用最广泛的电子仪器之一，几乎所有电参量的测量都要用到波形发生器。
. x3 x9 E1 U( n! ^+ j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
/ ?# d* D. y. w* B9 W1 Y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
(Arbitrary Waveform Generator,简称AWG）十分有必要，而且意义重大。·
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任意波形发生器是现代测试领域应用最为广泛的通用仪器之一，代表了信号源的发展方向