LabVIEW-波形發(fā)生器剖析

虛擬儀器系統(tǒng)—基于USB的任意波形發(fā)生器提綱爭論意義及現(xiàn)狀系統(tǒng)指標(biāo)及設(shè)計方案系統(tǒng)硬件設(shè)計系統(tǒng)軟件設(shè)計任意信號發(fā)生器測試效果爭論意義及現(xiàn)狀傳統(tǒng)信號發(fā)生器正弦波信號源函數(shù)發(fā)生器脈沖發(fā)生器掃描發(fā)生器針對特定應(yīng)用,產(chǎn)生波形種類有限,波形不行編程虛擬任意波形發(fā)生器綜合了其他信號源產(chǎn)生波形的力氣產(chǎn)生波形可編程把握適用于各種仿真試驗、教學(xué)試驗等NI-5421100MS/s16位任意波形發(fā)生器利用插值可達(dá)400MS/s有效采樣率SFDR接近91db8、32或256MB的板載內(nèi)存16位LVDS數(shù)字模擬輸出具有波形連接與循環(huán)的功能NI-542140MS/s任意波形發(fā)生器40MS/s更新速率12位區(qū)分率/60dBSFDR16MHz正弦波輸出波形連接與循環(huán)4或16MB板載內(nèi)存NI-5404100MS/s時鐘和頻率發(fā)生器可生成9KHz~100M正弦波生成直流~100MHz采樣時鐘頻率1.07uHz的頻率區(qū)分率12位幅值區(qū)分率NI-540116MHz函數(shù)發(fā)生器16MHz正弦波1MHz方波,三角波,斜波產(chǎn)生9.13mHz頻率區(qū)分率40MS/s更新速率12位幅值區(qū)分率基于PCI總線16個模擬輸入的程控放大器1個12位的A/D轉(zhuǎn)換器(200KS/s)2個12位的D/A轉(zhuǎn)換器(10KS/s)2個24位的定時/計數(shù)器8個TTL電平的數(shù)字I/O端口.NI-PCI6024E多功能數(shù)據(jù)采集卡系統(tǒng)設(shè)計指標(biāo)USB通信接口，實現(xiàn)即插即用具有函數(shù)發(fā)生器和任意波形發(fā)生的功能輸出波形頻率:0.01Hz~100KHz頻率區(qū)分率:0.01Hz垂直區(qū)分率:16位波形幅度：0~5Vpp波形存貯容量:32K承受LabVIEW或LabScene作為上層軟件微型,低功耗,無需外部電源，工作電流<500mA系統(tǒng)設(shè)計方案直接頻率合成技術(shù)〔DDS〕參考頻率源頻率累加器波形存儲器D/A轉(zhuǎn)換器低通濾波器頻率把握字信號輸出將一個正弦信號取樣、量化、編碼，形成一個正弦函數(shù)表存于存儲器中，通過轉(zhuǎn)變相位累加器的頻率把握字來轉(zhuǎn)變相位增量，并將變化的相位/幅值量化的數(shù)字信號通過Ｄ/Ａ轉(zhuǎn)換器及低通濾波器即可得到合成的模擬信號。波形數(shù)據(jù)把握字＝２把握字＝４直接數(shù)字合成芯片ＡＤ９８５０正是承受了這種方案，產(chǎn)生正弦波．該方法的缺點是：由于是抽點，難免會喪失波形的某些細(xì)節(jié)，很難做到任意波形發(fā)生．該方法的優(yōu)點是：可以產(chǎn)生頻率很高的規(guī)章波形，而且相位連續(xù)．系統(tǒng)設(shè)計方案掃描發(fā)生技術(shù)可變時鐘波形存儲器D/A轉(zhuǎn)換器低通濾波器信號輸出將一個任意波形信號取樣、量化、編碼，形成數(shù)字量，存于存儲器中，通過系統(tǒng)時鐘按地址逐個掃描，轉(zhuǎn)變掃描頻率就可以得到不同頻率的輸出，再通過Ｄ/Ａ轉(zhuǎn)換器及濾波器即可得到任意波形的信號。本系統(tǒng)承受該方案實現(xiàn)任意波形發(fā)生器該方案的缺點是：輸出頻率不夠高．系統(tǒng)設(shè)計框圖可變時鐘生成(AD9850)CPLD邏輯控制模塊USB接口通信模塊D/A變換MAX5541微控制器89S52放大濾波應(yīng)用程序(LabVIEW/LabScene)out可變時鐘生成(AD9850)CPLD規(guī)律把握模塊USB接口通信模塊D/A變換MAX5541微把握器89S52放大濾波應(yīng)用程序(LabVIEW/LabScene)out波形存儲器(62256)掃描時鐘發(fā)生－AD9850AD9850是AD公司生產(chǎn)的DDS芯片，32bits頻率把握字,5bit相位調(diào)制,具有簡化的把握接口〔并行或串行輸入〕。32位相位累加器，截斷成14位，輸入正弦查詢表，查詢表輸出截斷成10位，輸入到１０位DAC。并集成了高速比較器，能實現(xiàn)全數(shù)字編程把握的頻率合成器和時鐘發(fā)生器，其最高輸出可達(dá)４０M．AD9850功能框圖AD9850管腳圖AD9850把握時序W_CLK、FQ_UD把握信號由CPLD內(nèi)部產(chǎn)生；

總線DATA在W_CLK上升沿將數(shù)據(jù)裝入存放器，40位需重復(fù)5次。最終在FQ_UD上升沿把40位數(shù)據(jù)從輸入存放器裝入到頻率、相位及把握數(shù)據(jù)存放器。D/A轉(zhuǎn)換－MAX5541D/A轉(zhuǎn)換器的選擇 D/A轉(zhuǎn)換器是整個系統(tǒng)的核心器件，波形信號的質(zhì)量取決于其區(qū)分率和數(shù)據(jù)輸出速率。其制約關(guān)系為： 1.D/A的區(qū)分率越高，則高次諧波的重量越??； 2.一周期的數(shù)據(jù)點數(shù)越多，模擬信號越平滑； 3.一周期數(shù)據(jù)點數(shù)多，則信號所能到達(dá)的最高頻率降低； 4.D/A的輸出速率越高，波形平滑度越好，一般狀況下并行D/A的輸出速率高，把握便利，但是價格高，占用的I/O也多；綜合上述因素，本設(shè)計承受了MAXIM公司的MAX5541，它是16位D/A，2.5V外部基準(zhǔn)，0~2.5V電壓輸出，10MHz三線式串行總線接口，1us的信號建立時間。MAX5541轉(zhuǎn)換把握時序每次輸入16位數(shù)據(jù)，CS低電平有效，SCLK上升沿鎖存每位數(shù)據(jù)，CS上升沿將全部數(shù)據(jù)鎖存，啟動一次數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換

USB通信接口設(shè)計USB接口介紹USB硬件開發(fā)USB固件程序開發(fā)特點：即插即用低功耗總線供電多種速度模式多種設(shè)備類價格低廉PC驅(qū)動程序開發(fā)驅(qū)動程序

應(yīng)用軟件

WDMVXD系統(tǒng)軟件設(shè)計DLL調(diào)用訪問驅(qū)動用戶態(tài)核心態(tài)LabVIEWCLF接口控件設(shè)備LABVIEW編程系統(tǒng)軟件設(shè)計函數(shù)波形數(shù)據(jù)生成任意波形數(shù)據(jù)生成頻率把握數(shù)據(jù)傳輸函數(shù)波形數(shù)據(jù)生成正弦波方波三角波鋸齒波直流－正弦波數(shù)據(jù)生成－方波波數(shù)據(jù)生成５０％２０％－三角波數(shù)據(jù)生成５０％２０％－鋸齒波數(shù)據(jù)生成－直流數(shù)據(jù)生成－任意波形數(shù)據(jù)生成波形數(shù)據(jù)手寫板最大值最小值頻率把握由于掃描時鐘頻率，D/A轉(zhuǎn)換速率和一個周期波形數(shù)據(jù)的點數(shù)，這３個因數(shù)是相互制約的．為了使輸出波形到達(dá)最高指標(biāo)，這３者要協(xié)調(diào)考慮．對于任意波形發(fā)生，用戶需要指定一個周期波形的點數(shù)，再結(jié)合輸出頻率計算出掃描頻率對于函數(shù)波形發(fā)生，用戶只要選擇波形種類和輸出頻率，幅度，偏置，占空比等參數(shù)，不必要輸入一個周期的點數(shù)，由軟件確定最正確點數(shù)．具體過程是：先依據(jù)系統(tǒng)允許的最高掃描頻率除以用戶設(shè)置的輸出頻率，計算出一個周期的點數(shù)，但結(jié)果可能是小數(shù)，所以要將其四舍五入，所得的結(jié)果是最正確點數(shù)．在重新依據(jù)這個最正確點數(shù)和用戶設(shè)置的輸出頻率，算出掃描頻率．比方系統(tǒng)允許的最高掃描頻率在500K左右，現(xiàn)要輸出1.5KHz的正弦信號，計算得一個周期需要８Ｍ／1.5K＝333.33個點，那么取一個周期333個點是最正確點數(shù)．則掃描頻率＝1.5KHz×333＝499.5K數(shù)據(jù)傳輸上層應(yīng)用程序通過往底層送數(shù)據(jù)包與板卡建立通信.每個數(shù)據(jù)包最多64個字節(jié)．LabVIEW面板LabScece面板－測試效果