智能高頻任意波形發(fā)生器的研究

1、智能高頻任意波形發(fā)生器的研究辦法一：挺直數(shù)字查表法合成周期信號，結(jié)構(gòu)見圖1。波形數(shù)據(jù)固化在eprom或其它非易失性存儲器中，通過查表，再晶振時鐘控制下不斷地從eprom中取出數(shù)據(jù)，通過和低通(lpf)輸出。此結(jié)構(gòu)的特點是能產(chǎn)生較高頻率的信號，但不便程控且產(chǎn)生信號類型有限。辦法二：利用查表法合成周期信號，結(jié)構(gòu)見圖2。波形數(shù)據(jù)固化在eprom中，單片機不斷地從存儲器中取出數(shù)據(jù)，經(jīng)并行口送出，在經(jīng)dac和lpf輸出。特點是便于程控，但不能產(chǎn)生較高頻率的信號。辦法三：利用單片機生成數(shù)據(jù)與查表相結(jié)合的辦法合成周期信號，結(jié)構(gòu)見圖3?；静ㄐ螖?shù)據(jù)固化在eprom中，輸出某種波形時，首先按照基本波形或公式算出

2、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dac和lpf輸出。特點是既便于程控，又能產(chǎn)生較高頻率的信號，但結(jié)構(gòu)復(fù)雜。本文所介紹的計劃是按照用戶提出的主要性能技術(shù)指標(biāo)和要求而設(shè)計的，是對辦法三的一種改進、完美。本計劃采納數(shù)字信號處理芯片做主處理器，把波形數(shù)據(jù)的產(chǎn)生和波形的擬合相分別，從而可大大提高產(chǎn)生信號的頻率；并且本系統(tǒng)增設(shè)了高速數(shù)據(jù)采集模塊和液晶，能實時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：隨意周期信號產(chǎn)生模塊、高速數(shù)據(jù)采集模塊、處理系統(tǒng)及顯示部分。框圖見圖4。1.1 隨意周期信號產(chǎn)生模塊該模塊由高頻晶振、頻率合成器、高速ram

3、、高速d/a轉(zhuǎn)換器、程控模擬信號和濾波器組成，其主要任務(wù)是完成波形合成。存儲器的讀、寫信號分離由高頻晶振輸出fo和dsp的寫信號控制，信號切換由控制器isplsi完成。其特點：(1)采納高頻晶振控制數(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)采納高速ram和高速d/a轉(zhuǎn)換器ad9720，數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換速度達400msps，徹低可以擬合20mhz信號。(3)頻率合成器主要由高速、高密度器件isplsi2032設(shè)計完成，利用多位分頻器細化頻率設(shè)置，采納循環(huán)周期計數(shù)，產(chǎn)生高穩(wěn)定度的合成波頻率，在020mhz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

4、速寬帶運放可實現(xiàn)輸出信號的調(diào)節(jié)(放大、偏置)。1.2 高速數(shù)據(jù)采集模塊高速數(shù)據(jù)采集模塊是本設(shè)計的特色，由高速a/d轉(zhuǎn)換器ad9283(8bit?100mhz)、ram、鎖存器組成。a/d的時鐘信號由高頻晶振輸出fo經(jīng)分頻得到。分頻器由控制器isplsi實現(xiàn)程控。本模塊完成對輸出信號的實時采集，采集的數(shù)據(jù)同時送到lcd挺直顯示和給dsp舉行處理(計算頻率、幅值等參數(shù))。并且可以采集外部輸入信號，與囫圇系統(tǒng)協(xié)作實現(xiàn)信號再現(xiàn)。1.3 處理系統(tǒng)及顯示部分它包括dsp芯片、控制器(isplsi)、80c51芯片、外設(shè)接口、鍵盤和顯示器。dsp芯片完成波形數(shù)據(jù)的產(chǎn)生并與控制器(isplsi)、80c51對

5、囫圇系統(tǒng)舉行控制。對于不同的信號，采納不同的數(shù)據(jù)生成方式：(1)對于方波、矩形波、鋸齒波、三角波、梯形波、隨機信號、掃頻信號等，可容易、便利地通過dsp挺直計算得到波形數(shù)據(jù)；(2)對于正弦、指數(shù)、高斯、余弦的信號，不便通過挺直計算得到其波形數(shù)據(jù)，而其波形用較少數(shù)據(jù)即可精確描述，可把其基本波形數(shù)據(jù)固化在eprom中；(3)對于不便描述的信號，可通過數(shù)據(jù)采集得到波形數(shù)據(jù)或挺直通過鍵盤輸入數(shù)據(jù)。80c51作為輔助微處理器，主要控制鍵盤和液晶顯示器lcd。并和dsp舉行通信。鍵盤和顯示器實現(xiàn)人機對話。鍵盤為4×6小鍵盤，由專用82c79控制。顯示器采納圖形點陣式液晶顯示模塊mgls-2406

6、4，由內(nèi)藏t6963c控制器驅(qū)動，可顯示波形及其參數(shù)。外設(shè)接口提供接口和通信接口(rs232)，可以測試并遠地控制。2 系統(tǒng)軟件設(shè)計本儀器軟件設(shè)計采納了結(jié)構(gòu)化系統(tǒng)設(shè)計與結(jié)構(gòu)化程序設(shè)計的辦法，囫圇軟件由頂向下分層分塊，每個模塊完成一項功能，并遵守上層模塊調(diào)用下層模塊、同層模塊不能互相調(diào)用的原則。軟件的模塊結(jié)構(gòu)5所示。初始化模塊裝載每個模塊的入口、出口條件及地址，模塊的正常出口是回到鍵盤程序，等待按鍵：鍵盤處理模塊按照操作規(guī)章優(yōu)先處理四個高級鍵："預(yù)置"、"功能"、"方式"、"自檢"，它們各自對應(yīng)著儀器的一種工作模式。每一種工作模式劃為一個模塊，且這四個模塊處于同一層次，而在每一種工作模式下又各有多種功能，各種功能就形成了下一層的一個個模塊；處于最底層的是公用程序模塊，它們是一些自立的公用子程序，可由上層模塊任意調(diào)用。本文所介紹的計劃從結(jié)構(gòu)設(shè)計上解決了通常隨意波形信號發(fā)生器產(chǎn)生信號頻率受cpu工作頻率限制的問題，并采納dsp芯片做主處理器，從而大大提高了產(chǎn)生信號的頻率和處理速度。采納大規(guī)模現(xiàn)場可編程(isplsi 器件代替msi器件，大大簡化了系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，提高了性能和牢靠性，降低了成本。系統(tǒng)采納鍵盤和lcd作為人機對話窗口，具