數(shù)控智能函數(shù)信號(hào)發(fā)生器開題報(bào)告1

HefeiUniversity畢業(yè)設(shè)計(jì)(論文)開題報(bào)告題目數(shù)控智能函數(shù)信號(hào)發(fā)生器設(shè)計(jì)年級(jí)專業(yè)（班級(jí)）08自動(dòng)化（1）班姓名指導(dǎo)老師完成時(shí)間《數(shù)控智能函數(shù)信號(hào)發(fā)生器設(shè)計(jì)》開題報(bào)告一、研究背景隨著電子測(cè)量及其他部門對(duì)各類信號(hào)發(fā)生器的廣泛需求及電子技術(shù)的迅速發(fā)展，促使信號(hào)發(fā)生器種類增多，性能提高。尤其隨著70年代微處理器的出現(xiàn)，更促使信號(hào)發(fā)生器向著自動(dòng)化、智能化方向發(fā)展?，F(xiàn)在，信號(hào)發(fā)生器帶有微處理器，因而具備了自校、自檢、自動(dòng)故障診斷和自動(dòng)波形形成和修正等功能，可以和控制計(jì)算機(jī)及其他測(cè)量儀器一起方便的構(gòu)成自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)。當(dāng)前信號(hào)發(fā)生器總的趨勢(shì)是向著寬頻率覆蓋、低功耗、高頻率、精度、多功能、自動(dòng)化和智能化方向發(fā)展。在科學(xué)研究、工程教育及生產(chǎn)實(shí)踐中，如工業(yè)過程控制、教學(xué)實(shí)驗(yàn)、機(jī)械振動(dòng)試驗(yàn)、動(dòng)態(tài)分析、材料試驗(yàn)、生物醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域，常常需要用到低頻信號(hào)發(fā)生器。而在我們?nèi)粘Ｉ钪校约耙恍┛茖W(xué)研究中，鋸齒波和正弦波、矩形波信號(hào)是常用的基本測(cè)試信號(hào)。譬如在示波器、電視機(jī)等儀器中，為了使電子按照一定規(guī)律運(yùn)動(dòng)，以利用熒光屏顯示圖像，常用到鋸齒波產(chǎn)生器作為時(shí)基電路。信號(hào)發(fā)生器作為一種通用的電子儀器，在生產(chǎn)、科研、測(cè)控、通訊等領(lǐng)域都得到了廣泛的應(yīng)用。但市面上能看到的儀器在頻率精度、帶寬、波形種類及程控方面都已不能滿足許多方面實(shí)際應(yīng)用的需求。加之各類功能的半導(dǎo)體集成芯片的快速生產(chǎn)，都使我們研制一種低功耗、寬頻帶，能產(chǎn)生多種波形并具有程控等低頻的信號(hào)發(fā)生器成為可能。 智能化越來越成為儀器的基本要求，對(duì)傳統(tǒng)儀器的數(shù)字化，智能化，集成化也就明顯得尤為重要。平時(shí)常用信號(hào)源產(chǎn)生正弦波，方波，三角波等常見波形作為待測(cè)系統(tǒng)的輸入，測(cè)試系統(tǒng)的性能。單在某些場(chǎng)合，我們需要特殊波形對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行測(cè)試，這是傳統(tǒng)的模擬信號(hào)發(fā)生器和數(shù)字信號(hào)發(fā)生器很難勝任的。利用單片機(jī)，設(shè)計(jì)合適的人機(jī)交互界面，使用戶能夠通過手動(dòng)的設(shè)定，設(shè)置所需波形。該設(shè)計(jì)課題的研究和制作全面說明對(duì)低頻信號(hào)發(fā)生系統(tǒng)要有一個(gè)全面的了解、對(duì)低頻信號(hào)的發(fā)生原理要理解掌握，以及低頻信號(hào)發(fā)生器工作流程：波形的設(shè)定，D/A轉(zhuǎn)換，顯示和各模塊的連接通信等各個(gè)部分要熟練聯(lián)接調(diào)試，能夠正確的了解常規(guī)芯片的使用方法、掌握簡單信號(hào)發(fā)生器應(yīng)用系統(tǒng)軟硬件的設(shè)計(jì)方法，進(jìn)一步鍛煉了我們?cè)谛盘?hào)處理方面的實(shí)際工作能力。二、國內(nèi)外研究狀況1、波形發(fā)生器亦稱函數(shù)發(fā)生器，作為實(shí)驗(yàn)用信號(hào)源，是現(xiàn)今各種電子電路實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)應(yīng)用中必不可少的儀器設(shè)備之一。目前，市場(chǎng)上常見的波形發(fā)生器多為純硬件的搭接而成，且波形種類有限，多為鋸齒、正弦、方波、三角等波形。信號(hào)發(fā)生器作為一種常見的應(yīng)用電子儀器設(shè)備，傳統(tǒng)的可以完全由硬件電路搭接而成，如采用555振蕩電路發(fā)生正弦波、三角波和方波的電路便是可取的路徑之一。但是這種電路存在波形質(zhì)量差，控制難，可調(diào)范圍小，電路復(fù)雜和體積大等缺點(diǎn)。在科學(xué)研究和生產(chǎn)實(shí)踐中，如工業(yè)過程控制，生物醫(yī)學(xué)，地震模擬機(jī)械振動(dòng)等領(lǐng)域常常要用到低頻信號(hào)源。而由硬件電路構(gòu)成的低頻信號(hào)其性能難以令人滿意，而且由于低頻信號(hào)源所需的RC很大；大電阻，大電容在制作上有困難，參數(shù)的精度亦難以保證；體積大，漏電，損耗顯著更是其致命的弱點(diǎn)。一旦工作需求功能有增加，則電路復(fù)雜程度會(huì)大大增加。波形發(fā)生器是能夠產(chǎn)生大量的標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)和用戶定義信號(hào)，并保證高精度、高穩(wěn)定性、可重復(fù)性和易操作性的電子儀器。函數(shù)波形發(fā)生器具有連續(xù)的相位變換、頻率穩(wěn)定性等優(yōu)點(diǎn)，不僅可以模擬各種復(fù)雜信號(hào)，還可對(duì)頻率、幅值、相移、波形進(jìn)行動(dòng)態(tài)、及時(shí)的控制，并能夠與其它儀器進(jìn)行通訊，組成自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)，因此被廣泛用于自動(dòng)控制系統(tǒng)、震動(dòng)激勵(lì)、通訊和儀器儀表領(lǐng)域。在70年代前，信號(hào)發(fā)生器主要有兩類：正弦波和脈沖波，而函數(shù)發(fā)生器介于兩類之間，能夠提供正弦波、余弦波、方波、三角波、上弦波等幾種常用標(biāo)準(zhǔn)波形，產(chǎn)生其它波形時(shí)，需要采用較復(fù)雜的電路和機(jī)電結(jié)合的方法。這個(gè)時(shí)期的波形發(fā)生器多采用模擬電子技術(shù)，而且模擬器件構(gòu)成的電路存在著尺寸大、價(jià)格貴、功耗大等缺點(diǎn)，并且要產(chǎn)生較為復(fù)雜的信號(hào)波形，則電路結(jié)構(gòu)非常復(fù)雜。同時(shí)，主要表現(xiàn)為兩個(gè)突出問題，一是通過電位器的調(diào)節(jié)來實(shí)現(xiàn)輸出頻率的調(diào)節(jié)，因此很難將頻率調(diào)到某一固定值；二是脈沖的占空比不可調(diào)節(jié)。在70年代后，微處理器的出現(xiàn)，可以利用處理器、A/D/和D/A，硬件和軟件使波形發(fā)生器的功能擴(kuò)大，產(chǎn)生更加復(fù)雜的波形。這時(shí)期的波形發(fā)生器多以軟件為主，實(shí)質(zhì)是采用微處理器對(duì)DAC的程序控制，就可以得到各種簡單的波形。90年代末，出現(xiàn)幾種真正高性能、高價(jià)格的函數(shù)發(fā)生器、但是HP公司推出了型號(hào)為HP770S的信號(hào)模擬裝置系統(tǒng)，它由HP8770A任意波形數(shù)字化和HP1776A波形發(fā)生軟件組成。HP8770A實(shí)際上也只能產(chǎn)生8種波形，而且價(jià)格昂貴。不久以后，Analogic公司推出了型號(hào)為Data-2020的多波形合成器，Lecroy公司生產(chǎn)的型號(hào)為9100的任意波形發(fā)生器等。而近幾年來，國際上波形發(fā)生器技術(shù)發(fā)展主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面：過去由于頻率很低應(yīng)用的范圍比較狹小，輸出波形頻率的提高，使得波形發(fā)生器能應(yīng)用于越來越廣的領(lǐng)域。波形發(fā)生器軟件的開發(fā)正使波形數(shù)據(jù)的輸入變得更加方便和容易。波形發(fā)生器通常允許用一系列的點(diǎn)、直線和固定的函數(shù)段把波形數(shù)據(jù)存入存儲(chǔ)器。同時(shí)可以利用一種強(qiáng)有力的數(shù)學(xué)方程輸入方式，復(fù)雜的波形可以由幾個(gè)比較簡單的公式復(fù)合成vft形式的波形方程的數(shù)學(xué)表達(dá)式產(chǎn)生。從而促進(jìn)了函數(shù)波形發(fā)生器向任意波形發(fā)生器的發(fā)展，各種計(jì)算機(jī)語言的飛速發(fā)展也對(duì)任意波形發(fā)生器軟件技術(shù)起到了推動(dòng)作用。目前可以利用可視化編程語言如VisualBasicVisualC等等編寫任意波形發(fā)生器的軟面板，這樣允許從計(jì)算機(jī)顯示屏上輸入任意波形，來實(shí)現(xiàn)波形的輸入。（2）與VXI資源結(jié)合。目前，波形發(fā)生器由獨(dú)立的臺(tái)式儀器和適用于個(gè)人計(jì)算機(jī)的插卡以及新近開發(fā)的VXI模塊。由于VXI總線的逐漸成熟和對(duì)測(cè)量儀器的高要求，在很多領(lǐng)域需要使用VXI系統(tǒng)測(cè)量產(chǎn)生復(fù)雜的波形，VXI的系統(tǒng)資源提供了明顯的優(yōu)越性，但由于開發(fā)VXI模塊的周期長，而且需要專門的VXI機(jī)箱的配套使用，使得波形發(fā)生器VXI模塊僅限于航空、軍事及國防等大型領(lǐng)域。在民用方面，VXI模塊遠(yuǎn)遠(yuǎn)不如臺(tái)式儀器更為方便。（3）隨著信息技術(shù)蓬勃發(fā)展，臺(tái)式儀器在走了一段下坡路之后，又重新繁榮起來。不過現(xiàn)在新的臺(tái)式儀器的形態(tài)，和幾年前的己有很大的不同。這些新一代臺(tái)式儀器具有多種特性，可以執(zhí)行多種功能。而且外形尺寸與價(jià)格，都比過去的類似產(chǎn)品減少了一半。2、國內(nèi)外波形發(fā)生器產(chǎn)品比較早，在1978年，由美國Wavetek公司和日本東亞電波工業(yè)公司公布了最高取樣頻率為5MHz，可以形成256點(diǎn)存儲(chǔ)長度波形數(shù)據(jù)，垂直分辨率為8bit，主要用于振動(dòng)、醫(yī)療、材料等領(lǐng)域的第一代高性能信號(hào)源，經(jīng)過將近30年的發(fā)展，伴隨著電子元器件、電路、及生產(chǎn)設(shè)備的高速化、高集成化，波形發(fā)生器的性能有了飛速的提高。變得操作越來越簡單而輸出波形的能力越來越強(qiáng)。波形操作方法的好壞，是由波形發(fā)生器控制軟件質(zhì)量保證的，編輯功能增加的越多，波形形成的操作性越好。以下給出了幾種波形發(fā)生器的性能指標(biāo)，從中可以看出當(dāng)今世界上重要電子儀器生產(chǎn)商在波形發(fā)生器上的研制水平。公司TektronixTektronix橫河電機(jī)Wavetek型號(hào)AG320AWG710AG5100295最高采用16MS/s4GMS/s1GMS/s50MS/s頻率通道數(shù)2224垂直分辨12bit8bit8bit12bit率存儲(chǔ)容量64K8M8M64K輸出電壓10V2.5V2V15V。 二十一世紀(jì)，隨著集成電路技術(shù)的高速發(fā)展，出現(xiàn)了多種工作頻率可過GHz的DDS芯片，同時(shí)也推動(dòng)了函數(shù)波形發(fā)生器的發(fā)展，2003年，Agilent的產(chǎn)品33220A能夠產(chǎn)生17種波形，最高頻率可達(dá)到20M，2005年的產(chǎn)品N6030A能夠產(chǎn)生高達(dá)500MHz主要研究內(nèi)容和關(guān)鍵性問題1、主要設(shè)計(jì)內(nèi)容：系統(tǒng)將信號(hào)發(fā)生器分四個(gè)模塊進(jìn)行設(shè)計(jì)：單片機(jī)系統(tǒng)：控制外圍的信號(hào)發(fā)生芯片，完成多種函數(shù)的信號(hào)輸出；外圍電路：實(shí)現(xiàn)外圍的信號(hào)發(fā)生芯片和單片機(jī)之間的接口技術(shù)；單片機(jī)程序：編寫單片控制外圍信號(hào)發(fā)生芯片的接口程序，實(shí)現(xiàn)單片機(jī)的函數(shù)信號(hào)輸出功能，本信號(hào)發(fā)生器的功能如下：由單片機(jī)控制DDS芯片實(shí)現(xiàn)對(duì)輸出信號(hào)頻率/相位的調(diào)節(jié),且可實(shí)現(xiàn)多種頻率設(shè)定功能,具有跳頻、點(diǎn)頻、掃頻工作模式；頻率顯示模塊：通過LED顯示產(chǎn)生波形的頻率。2、關(guān)鍵性問題：數(shù)控智能函數(shù)信號(hào)發(fā)生器原理及軟硬件設(shè)計(jì)是本次設(shè)計(jì)的主要內(nèi)容，要了解單片機(jī)、AD9850的原理，軟件的編程是本信號(hào)發(fā)生器功能實(shí)現(xiàn)的重中之重。研究思路和方法1、在查閱、調(diào)研的基礎(chǔ)上，進(jìn)行總體理論分析與設(shè)計(jì)。2、根據(jù)設(shè)計(jì)內(nèi)容首先選擇單片機(jī)、信號(hào)發(fā)生器等主要器件，然后進(jìn)行單片機(jī)系統(tǒng)、信號(hào)發(fā)生電路系統(tǒng)、頻率顯示電路以及放大電路的設(shè)計(jì)，最后編寫單片機(jī)控制外圍信號(hào)發(fā)生芯片的接口程序，實(shí)現(xiàn)單片機(jī)的函數(shù)信號(hào)輸出功能。3、根據(jù)硬件設(shè)計(jì)，編制相應(yīng)的邏輯代碼調(diào)試實(shí)物。4、進(jìn)行畢業(yè)設(shè)計(jì)說明書撰寫五、進(jìn)度安排從接題之日至寒假結(jié)束，要求積極復(fù)習(xí)相關(guān)課程、并查找資料，掌握國內(nèi)最新研究成果，了解國外最新成果與發(fā)展動(dòng)態(tài)，翻譯一篇外文文章。開學(xué)后第1周～3周，查找搜集資料；第4周～第5周，整理資料，完成開題報(bào)告；第6周～第7周，畫出設(shè)計(jì)框圖，制定設(shè)計(jì)方案；第8周～第10周，畫出電路原理圖，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)；第11周～第15周，電路調(diào)試和完善，同時(shí)編寫論文；第16周，裝訂論文，準(zhǔn)備答辯。六、課題研究的成果1、完成一篇合格的畢業(yè)設(shè)計(jì)論文；2、能產(chǎn)生周期性正弦波、方波、三角波、鋸齒波以及用戶自己編輯的特定波形，并且能夠且可實(shí)現(xiàn)多種頻率設(shè)定功能,具有跳頻、點(diǎn)頻、掃頻工作模式，并通過液晶顯示器將頻率值顯示出來；3、利用現(xiàn)有的硬件完成實(shí)物電路；4、根據(jù)硬件電路，編寫軟件代碼進(jìn)行調(diào)試。七、參考文獻(xiàn)【1】李耀華，循環(huán)變流器的數(shù)學(xué)模型，清華大學(xué)學(xué)報(bào)，1994（4）：69-75.【2】許勇，馬小亮，數(shù)字式交交變頻器的仿真模型與分析，電力電子技術(shù)，2000（1）：49-51.【3】杜紅軍，無環(huán)流交交變頻器的仿真模型，電力電子技術(shù)，1998（1）：11-13?！?】陳伯時(shí)，電力拖動(dòng)控制系統(tǒng)（修訂版），中央廣播電視大學(xué)出版社，1998:122-125.【5】洪乃剛，電力電子和電力拖動(dòng)控制系統(tǒng)的MATLAB仿真[M].機(jī)械工業(yè)出版社，2006（5）：151-155?！?】周淵深，蔣建國，異步電動(dòng)機(jī)交交變頻調(diào)速系統(tǒng)的建模與仿真.微特電機(jī)，2002，30（5）.【7】陳伯時(shí)，變頻器和變頻調(diào)速技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì)——在變頻器分會(huì)成立大會(huì)暨變頻行業(yè)企業(yè)家論壇上的講話[C].市場(chǎng)報(bào)告，2008,24-26.【8】易靈芝，李志