波形發(fā)生器實(shí)例篇設(shè)計(jì)高速任意波形發(fā)生器

波形發(fā)生器實(shí)例篇設(shè)計(jì)高速任意波形發(fā)

生器波形發(fā)生器的應(yīng)用在生活中隨處可見(jiàn)，其中使用較多的波形發(fā)生器為任意波形發(fā)生器。為增進(jìn)大家對(duì)波形發(fā)生器的理解，本文特帶來(lái)高速任意波形發(fā)生器的設(shè)計(jì)實(shí)例。如果你對(duì)本文內(nèi)容存在一定興趣，不妨耐心往下閱讀哦。波形發(fā)生器的應(yīng)用在生活中隨處可見(jiàn)，其中使用較多的波形發(fā)生器為任意波形發(fā)生器。為增進(jìn)大家對(duì)波形發(fā)生器的理解，本文特帶來(lái)高速任意波形發(fā)生器的設(shè)計(jì)實(shí)例。如果你對(duì)本文內(nèi)容存在一定興趣，不妨耐心往下閱讀哦。任意波形發(fā)生器是目前電子測(cè)量?jī)x器中發(fā)展最為快速的產(chǎn)品之一。它既可輸出標(biāo)準(zhǔn)函數(shù)信號(hào)，也可以產(chǎn)生由用戶定義的非標(biāo)準(zhǔn)函數(shù)波形任意波形信號(hào)，并且有豐富的模擬調(diào)制，，和數(shù)字調(diào)制 ，功能，能為不同的應(yīng)用領(lǐng)域提供各種標(biāo)準(zhǔn)或非標(biāo)準(zhǔn)信號(hào)，尤其在水下聲納、通信、雷達(dá)導(dǎo)航、電子對(duì)抗等裝備的研制、生產(chǎn)、維修中，是必不可少的信號(hào)發(fā)生器?；跀?shù)字頻率合成技術(shù)，給出高速任意波形發(fā)生器的設(shè)計(jì)方案。1任意波形發(fā)生器的工作原理目前任意發(fā)生器的產(chǎn)生有兩種方案，一種方案是采用直接數(shù)字頻率合成 技術(shù)產(chǎn)生任意工作原理如圖所示。一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的 電路應(yīng)當(dāng)由以下幾部分構(gòu)成，既相位累加器、波形存儲(chǔ)器、 A轉(zhuǎn)換器、低通或帶通濾波器構(gòu)成。任意波形數(shù)據(jù)預(yù)先通過(guò)人機(jī)接口寫(xiě)入波形存儲(chǔ)器中，相位累加器的作用是根據(jù)輸入的頻率控制字對(duì)參考振蕩器輸出的時(shí)鐘相位進(jìn)行采樣。當(dāng)相位累加器的步長(zhǎng)為時(shí)。任意波形的輸出頻率凡呼 ⑴式中，為固定采樣時(shí)鐘頻率，為相位累加器長(zhǎng)度，改變頻率控制字，就可以改變 的輸出頻率。采用 技術(shù)構(gòu)成的任意波形發(fā)生器具有輸出頻率分辨率高、頻率改變相位連續(xù)等優(yōu)點(diǎn)，但也存在兩個(gè)重要缺陷。首先是當(dāng)相位累加器的相位增量步長(zhǎng)較大時(shí)，輸出波形將產(chǎn)生抖動(dòng)其次由于 技術(shù)不是逐點(diǎn)讀取波形存儲(chǔ)器中的數(shù)據(jù)，因此輸出波形會(huì)丟失許多有用的信息。任意波形發(fā)生器的另外一種設(shè)計(jì)方案如圖所示，其工作原理是任意波形發(fā)生器的時(shí)鐘通過(guò)使計(jì)數(shù)器加來(lái)改變由計(jì)數(shù)器構(gòu)成的地址產(chǎn)生電路的輸出地址，計(jì)數(shù)器順序掃過(guò)波形存儲(chǔ)器中的每一個(gè)地址直到波形數(shù)據(jù)的末端，每個(gè)地址中的波形數(shù)據(jù)都被送至 轉(zhuǎn)換器中以將數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)為模擬信號(hào)，而后 轉(zhuǎn)換器的輸出信號(hào)還需經(jīng)過(guò)低通濾波器對(duì) 轉(zhuǎn)換器輸出信號(hào)的躍變邊緣進(jìn)行平滑處理得到所需的任意波形。在這種方案中，所有波形數(shù)據(jù)都被送入 轉(zhuǎn)換器中，所以不會(huì)丟失波形數(shù)據(jù)，但要全部輸出波形存儲(chǔ)器中定義的波形數(shù)據(jù)內(nèi)容，并且任意波形的輸出信號(hào)頻率可變，那么取樣時(shí)鐘的頻率就必需是可變的，這點(diǎn)與由 構(gòu)成的任意波形發(fā)生器有著明顯的區(qū)別。采用該方案任意波形的輸出頻率源二任意的點(diǎn)數(shù) ⑵式中，為可變采樣時(shí)鐘頻率。使用該方案電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，能夠輸出復(fù)雜的任意波形，對(duì)于高速任意波形發(fā)生器最為適合?；谠摲桨傅娜我獠ㄐ伟l(fā)生器采樣速率可達(dá)百萬(wàn)次秒，任意波形的最高輸出頻率可以達(dá)到。高速任意波形發(fā)生器波形總體電路的方框圖如圖所示。

任意波形產(chǎn)生電路的設(shè)計(jì)任意波形產(chǎn)生電路的設(shè)計(jì)如圖所示，一個(gè)完整的任意波形產(chǎn)生電路主要由時(shí)鐘發(fā)生電路、地址計(jì)數(shù)器、波形存儲(chǔ)器、鎖存器、奇偶數(shù)據(jù)選擇電路以及轉(zhuǎn)換器構(gòu)成。州助崛Ia12紀(jì)々羯基桿訊K&百砒M，工Ml優(yōu)2的工州助崛Ia12紀(jì)々羯基桿訊K&百砒M，工Ml優(yōu)2的工M刎te武事4中M<TH。血閑匕MA音睢4殖期整時(shí)鐘發(fā)生電路用于產(chǎn)生任意波形發(fā)生器所需的可變時(shí)鐘，通?？梢杂蓡纹瑱C(jī)控制的鎖相環(huán)電路構(gòu)成，在實(shí)際設(shè)計(jì)中采用鎖相環(huán)集成電路，產(chǎn)生最高頻率為的時(shí)鐘信號(hào)，時(shí)鐘電路的輸出信號(hào)送往地址計(jì)數(shù)器的時(shí)鐘輸入端，以驅(qū)動(dòng)地址計(jì)數(shù)器掃描波形存儲(chǔ)器中的數(shù)據(jù)，地址計(jì)數(shù)器采用位二進(jìn)制同步計(jì)數(shù)器，邏輯上等同于片級(jí)聯(lián)，地址計(jì)數(shù)器輸出的位地址數(shù)據(jù)與波形存儲(chǔ)器的地址輸入端相連，波形存儲(chǔ)器使用四片X讀寫(xiě)速度為 的級(jí)聯(lián)成X的陣歹I」，陣列輸出端的比特?cái)?shù)據(jù)中，比特為波形數(shù)據(jù)，比特為控制信號(hào)，其余比特?cái)?shù)據(jù)線不使用。每個(gè)波形點(diǎn)分辨率為比特，每個(gè)地址存放兩個(gè)波形點(diǎn)的數(shù)據(jù)，單片段任意波信號(hào)最長(zhǎng)可達(dá) 個(gè)點(diǎn)，個(gè)控制信號(hào)分別為停止位、同步位，停止位數(shù)據(jù)線通過(guò)觸發(fā)器與地址計(jì)數(shù)器的預(yù)置數(shù)控制端端相連，當(dāng)檢測(cè)到掃描至最后一個(gè)波形地址時(shí)，停止位將地址計(jì)數(shù)器的預(yù)置數(shù)控制端置位，這樣在下一個(gè)時(shí)鐘到來(lái)時(shí)，地址計(jì)數(shù)器又從該任意波形的首地址尋址，讀取波形數(shù)據(jù)?？刂菩盘?hào)中的同步位用于輸出外同步信號(hào)。波形存儲(chǔ)器輸出的位任意波形數(shù)據(jù)由鎖存器鎖存后送往位奇偶數(shù)據(jù)選擇電路的輸入端。如前所述，波形存儲(chǔ)器的每個(gè)地址存放兩個(gè)點(diǎn)的波形數(shù)據(jù)，在通過(guò)人機(jī)接口向波形存儲(chǔ)器寫(xiě)入波形數(shù)據(jù)時(shí)，一個(gè)點(diǎn)的波形數(shù)據(jù)由每個(gè)地址中的奇數(shù)位數(shù)據(jù)構(gòu)成，另外一個(gè)點(diǎn)的數(shù)據(jù)由偶數(shù)位構(gòu)成，這樣做的好處是每個(gè)采樣時(shí)鐘到來(lái)時(shí)，可同時(shí)讀取個(gè)波形點(diǎn)的數(shù)據(jù)，使得輸出波形的最高頻率增大了倍，相當(dāng)于采樣時(shí)鐘的頻率提高了倍，大大提高儀器性能。 位奇偶數(shù)據(jù)選擇電路邏輯上等同于片1奇偶數(shù)據(jù)選擇電路的輸出端與轉(zhuǎn)換器的輸入端相連， 轉(zhuǎn)換器的作用是將從波形存儲(chǔ)器中讀取的數(shù)字信號(hào)轉(zhuǎn)換為模擬信號(hào)，由于最高時(shí)鐘頻率為，所以 轉(zhuǎn)換器選擇速率為 百萬(wàn)次秒的 7根據(jù)采樣定律輸出信號(hào)的基波頻率將低于所用的參考時(shí)鐘頻率的一半，在本方案中采樣時(shí)鐘最高頻率為 ，一個(gè)任意波形最少可由個(gè)點(diǎn)構(gòu)成，并且每個(gè)時(shí)鐘周期讀取兩個(gè)波形數(shù)據(jù)，因此所輸出的任意波形信號(hào)的最高頻率為 。上述電路中， 位同步二進(jìn)制地址計(jì)數(shù)器、 位鎖存器、 位奇偶數(shù)據(jù)選擇電路及相關(guān)控制電路也可由高速 實(shí)現(xiàn)。濾^波器設(shè)計(jì)經(jīng)過(guò) 轉(zhuǎn)換后的信號(hào)通常含有較多的時(shí)鐘成分及較為陡峭的躍變邊緣，為了減少輸出波形的抖動(dòng)、抑制高次諧波，在任意波形發(fā)生器的設(shè)計(jì)中選擇有效的濾波器就顯得非常重要，高速任意波形發(fā)生器即能輸出正弦波，又可輸出三角波、鋸齒波、脈沖波以及任意波型，因此要根據(jù)不同頻段和波形來(lái)選擇不同性能的濾波器，橢圓 濾波器具有陡峭的過(guò)渡特性，適合用作正弦波的輸出濾波器，三角波、鋸齒波和任意波具有豐富的頻譜，因此要求濾波器在通帶范圍內(nèi)具有良好的幅頻特性，以保證信號(hào)通過(guò)濾波器后即不產(chǎn)生失真，又能濾去雜散信號(hào)。橢圓濾波器對(duì)正弦波以外的其他波形會(huì)產(chǎn)生劇烈的振鈴，而具有線形相位的高斯 濾波器可以滿足這些要求，在本方案中由于任意波形發(fā)生器的采樣時(shí)鐘可變，因此它的低通濾波器的截止頻率也必須變化，否則在有些頻段就不起濾波作用，或者是在高頻段有用信號(hào)會(huì)被衰減，為此本設(shè)計(jì)方案中采用截止頻率為 、的七階橢圓濾波器以及截止頻率為 高斯濾波器，由單片機(jī)根據(jù)不同情況編程選擇。圖給出了截止頻率為

的七階橢圓濾波器以及截止頻率為高斯濾波器的電路。的七階橢圓濾波器以及截止頻率為高斯濾波器的電路。接口設(shè)計(jì)盡管目前在智能儀器中有許多新的接口標(biāo)準(zhǔn)比如 、等，但是 接口仍然是業(yè)界公認(rèn)的智能儀器標(biāo)準(zhǔn)接口，在本方案中采用 接口由機(jī)向任意波形發(fā)生器下載數(shù)據(jù)，并可通過(guò)總線遠(yuǎn)程控制任意波形發(fā)生器， 接口電路由采用公司的專用集成電路和公司生產(chǎn)的總線驅(qū)動(dòng)器 以及構(gòu)成， 輸出的是標(biāo)準(zhǔn)的 格式數(shù)據(jù)，符合 標(biāo)準(zhǔn)，總線驅(qū)動(dòng)器的作用是增強(qiáng)接口的驅(qū)動(dòng)能力。 與 1 以及單片機(jī)之間的連接方法參見(jiàn)文獻(xiàn)。2高速任意波形發(fā)生器的軟件包括機(jī)部分的波形編輯及下載軟件以及儀器內(nèi)部的單片機(jī)控制軟件兩部分，波形編輯及下載軟件具備各種任意波形編輯能力，例如直線編輯方式、曲線編輯方式、公式編輯方式、調(diào)制波形編輯方式。波形編輯及下載軟件

能夠通過(guò)接口與任意波形發(fā)生器通信完成任意波形數(shù)據(jù)的下載及儀器的遠(yuǎn)程監(jiān)控。儀器內(nèi)部的單片機(jī)控制軟件結(jié)構(gòu)采用經(jīng)典的主程序循環(huán)和中斷服務(wù)模式，其流程圖如圖所示。儀器加電后，首先進(jìn)行自檢和軟、硬件的初始化，再進(jìn)入主程序的循環(huán)，主程序的循環(huán)是等待中斷處理的過(guò)程，它依據(jù)中斷請(qǐng)求判斷中斷源，開(kāi)中斷并轉(zhuǎn)向相應(yīng)的中斷處理子程序，完成對(duì)應(yīng)操作或硬件控制。于始工內(nèi)性判斷面板按越I困用冉皮子程序X接口管理手卷年LCD于始工內(nèi)性判斷面板按越I困用冉皮子程序X接口管理手卷