基于DSP的任意波形發(fā)生器的設(shè)計的中期報告

基于DSP的任意波形發(fā)生器的設(shè)計的中期報告一、研究背景任意波形發(fā)生器廣泛應(yīng)用于電子儀器設(shè)備的測試和測量中，可以生成各種形式的波形信號，比如正弦波、方波、三角波等。任意波形發(fā)生器的核心技術(shù)是數(shù)模轉(zhuǎn)換和FPGA/DSP處理，其能夠生成高質(zhì)量、高精度的任意波形信號，并具有調(diào)制、幅度變化等多種功能，使之在電子測量、教學等領(lǐng)域受到廣泛應(yīng)用。二、設(shè)計思路本設(shè)計采用DSP作為任意波形發(fā)生器的主要處理器件，其包括信號生成、調(diào)制、濾波、輸出等幾方面的功能。主要分為以下幾個模塊：1.信號生成：通過DSP實現(xiàn)波形基準點的計算和波形幅值的控制，進而產(chǎn)生各種形式的波形信號；2.調(diào)制：支持頻率、幅度調(diào)制等功能；3.濾波：使用FIR和IIR濾波器實現(xiàn)輸出波形的濾波和去噪處理；4.輸出：通過DAC芯片將數(shù)據(jù)量化成模擬信號，經(jīng)功放等放大電路放大后傳遞給被測器件。三、方案實現(xiàn)1.信號生成(1)波形的基準點計算在任意波形發(fā)生器的信號生成中，主要考慮信號的頻率、相位，電平高低等因素。其中，基準點的計算是指確定波形中一個周期內(nèi)的特定點，當達到基準點位置時才會產(chǎn)生波形信號，因此波形的幅度和頻率都會有所影響。我們使用正弦函數(shù)來模擬波形的基準點計算，如下所示：x(t)=A*sin(2πf*t+Φ)其中，A表示波形的幅度，f為波形的頻率，t為時間，Φ為波形的相位。假設(shè)我們希望以頻率為f，相位為Φ的正弦函數(shù)作為波形的基準點，我們可以得到：x(0)=A*sin(Φ)可知當t=0時，波形的基準點的位置為A*sin(Φ)。(2)波形幅值的控制在波形幅值的控制中，我們需要設(shè)置一個幅度定標點，通過計算基準點和定標點之間的差值，將幅度調(diào)整為所需值。例如，設(shè)幅度定標點的電壓值為3V，而要生成的幅度為2V，則我們需要將程序中所算出的幅度值除以1.5倍。2.調(diào)制本設(shè)計中的調(diào)制部分包括頻率調(diào)制和幅度調(diào)制兩種。(1)頻率調(diào)制在波形的輸出中，頻率調(diào)制是一種擾動波形的方法。通過調(diào)制信號的頻率，可以使波形在一定范圍內(nèi)發(fā)生短暫的變化，以增加測量的難度。主要實現(xiàn)方式有線性調(diào)制、非線性調(diào)制、扭曲調(diào)制等。線性調(diào)制如下：f(t)=f0+Δf(t)其中，f0為原始信號的頻率，Δf(t)為調(diào)制信號。非線性調(diào)制如下：f(t)=f0+Δf(s(t))其中，s(t)為一定的參數(shù)量程，在參數(shù)量程內(nèi)隨機調(diào)制，使波形產(chǎn)生非線性變化。(2)幅度調(diào)制幅度調(diào)制是通過分別生成信號的正半周和負半周，使信號波形在正負半周的幅度不同，以增加波形的復雜性和測量的難度。3.濾波在輸出波形中，濾波是必須的一個環(huán)節(jié)。其主要目的是濾除雜波和保留信號，從而獲得高精度的波形信號。本設(shè)計中，主要使用FIR和IIR濾波器來實現(xiàn)濾波處理。FIR濾波器較為簡單，數(shù)學模型如下：y(t)=b0*x(t)+b1*x(t-1)+...+bn*x(t-n)其中，x為輸入的波形，y為輸出的波形，b0～bn為濾波器的系數(shù)。IIR濾波器模型如下：y(t)=b0*x(t)+b1*x(t-1)+...+bn*x(t-n)-a1*y(t-1)-...-am*y(t-m)其中，x、y同F(xiàn)IR濾波器，b、a為濾波器的系數(shù)。4.輸出在生成好波形信號后，我們需要通過外部DAC芯片將數(shù)字信號轉(zhuǎn)換為模擬信號輸出。具體實現(xiàn)方法如下：(1)將DSP的輸出數(shù)據(jù)經(jīng)過數(shù)字/模擬轉(zhuǎn)換（DAC）芯片轉(zhuǎn)換為模擬信號；(2)將模擬信號放大后傳送到被測器件。四、實驗進展目前本設(shè)計已經(jīng)完成