基于FPGA的函数信号发生器开题报告 论文

基于FPGA的函数信号发生器

一、 课题来源、目的、意义

函数信号发生器是广泛应用于系统检测调试、自动测量控制和教学实验等领域的多波形信号源,它可以产生正弦波、三角波、锯齿波、方波等多种波形,由于其输出的波形均可用数学函数描述,故命名为函数信号发生器。函数信号发生器在工业生产、产品开发、科学研究等实验测试中起着十分重要的作用,除供通信、仪表和自动控制系统测试用外,还广泛用于生

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物医学等各个领域的测试。

随着电子技术的不断发展与进步,现代的电子测量、通信系统越来越需要有高精度和灵活的信号发生器进行测量和调试。原有的信号发生器的性能己经难以满足现在的要求,现在不仅要求能产生标准的波形,而且要求函数发生器的输出波形质量好,输出频率范围宽,频率转换速度快并且频率转换时波形的相位需要连续。为了适应现代电子技术的发展和市场要求,研究制作高性能的函数信号发生器则具有重大的意义。

虽然现在各大芯片制造商都推出了采用先进CMOS工艺生产的高性能专用直接数字频率合成(DDS)芯片,为电路设计者提供了多种选择,但专用的DDS芯片的局限性在于其价格昂贵,不易扩展。目前,大规模可编程逻辑器件(PLD)得到越来越广泛的应用,其强大的功能也逐步从各种器件中显露出来。如今的可编程器件在其自身功能愈加强大的同时,更使系统趋于小型化,高集成度和高可靠性。与此同时,器件所具有的静态可重复编程和动态在系统重构的特性,使得系统设计周期大大缩短,降低了设计费用和设计风险,极大的提高了电子系统设计的灵活性和通用性。其中现场可编程门阵列(FPGA)编程灵活!应用范围广,而且逻辑功能较复杂的小型系统可以在一片FPGA中实现。由于FPGA实现DDS技术在一些方面存在着DDS芯片不能取代的优势,并且可以实现多个DDS芯片的功能,除了能满足用户对特殊功能的要求外,还可以在器件选择上有更大的选择余地,所以本文提出基于FPGA实现采用直接数字频率合成技术实现可编程函数信号发生器的实现方案,并给出了详细的设计方法。

本课题的意义在于将FPGA可编程的特性与直接数字频率合成(DDS)技术精确和快速的特性有机地结合起来,既实现了函数信号发生器的灵活配置,减小体积,有效地降低开发的成本,又可以实现函数信号发生器的输出频率、相位和幅度在数字处理器的控制下精确而快速地变换。在我国,高精度的标准信号源产品较少并且产品落后,可靠性较差,并且研究起步较晚,与国外发达国家比较水平差距比较大,所以现在研究基于直接数字频率合成技术与FPGA相结合的函数发生器并且研制出相关的产品将对我国国防、 科研、教育起到深远的意义。

二、 国内外基本研究情况

函数信号发生器按工作原理可分为：调谐信号发生器、锁相信号发生器和合成信号发生器。

早期的调谐信号发生器采用的是模拟电子技术,由调谐振荡器和调幅放大器加上一些指示电路构成,仅能产生正弦波、三角波、方波等几种简单的波形,其电路结构复杂、尺寸大且功耗大,并且频率不高,由于模拟电路温漂大而使得其波形稳定性差,且难以产生精准的频率信号,不易调试。