基于FPGA技术的信号发生器设计

论文摘要

信号发生器,指电子测量中作为激励源使用的信号来源。作为电子工程师、生产线、教学科研、电子测试、电子设计、以及模拟仿真等领域与行业的重要测试仪器,信号发生器都发挥了巨大的作用,极大地提高了人们工作效率,因而受到众多科研人员的重视。科研人员对其理论与设计都进行了深入的研究,取得了极大地进步,而直接数字频率合成法是目前设计信号发生器的最先进的理论方法。本系统就是基于直接数字频率合成的基本原理,设计四通道信号发生器,它不仅能发射常用的基本信号波形,还能根据用户要求自定义任意波形。本文首先对信号发生器的发展状况,以及我国目前信号发生器等测试仪器的发展状况与遇到的问题进行了讨论,其次叙述了设计信号发生器的基本理论知识,然后结合系统主要参数指标和性能要求,确定系统的总体设计方案。论文详细讨论了信号发生器系统各种关键芯片的选型以及系统硬件部分的设计与实现。系统硬件设计是系统设计的基础。信号发生器系统硬件部分主要包括DDS主通道模块,信号调理电路,数据采集电路,数据控制模块电路等部分。DDS主通道模块主要是基于FPGA和SRAM设计实现的；信号调理电路主要由D/A转换电路、低通滤波电路、增益控制与缓冲电路组成；数据采集电路主要由FPGA与A/D转换电路构成；数据控制模块的实现有两部分组成：MSP430F1611单片机控制对CF卡的读操作和MSP430F1611单片机控制触摸屏传输参数数据。论文还对信号发生器系统的软件部分进行设计,结合系统硬件设计,实现系统的整体功能。软件设计主要包括FPGA软件程序设计与MSP430单片机控制的软件程序设计,其中详细的阐述了DDS主通道用FPGA软件实现与单片机对CF卡的读程序作软件实现。最后对系统的硬件调试与软件调试以及系统测试作了详细讨论,最终实现了系统整体功能。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第1章 绪论
• 1.1 论文研究背景及其意义
• 1.2 信号发生器的发展概况
• 1.2.1 信号发生器的发展历史
• 1.2.2 我国信号发生器的发展现状
• 1.2.3 信号发生器的分类
• 1.3 信号发生器的主要技术指标
• 1.4 论文的主要研究内容
• 第2章 系统硬件设计与实现
• 2.1 系统总体设计
• 2.1.1 主要功能及技术指标
• 2.1.2 系统设计方案
• 2.2 直接数字频率合成技术原理
• 2.2.1 DDS概述
• 2.2.2 直接数字频率合成的基本原理
• 2.3 系统主要芯片选型
• 2.3.1 FPGA芯片选型
• 2.3.2 SRAM芯片选型
• 2.3.3 微处理器芯片选型
• 2.3.4 其他芯片选型
• 2.3.4.1 运算放大器
• 2.3.4.2 模拟开关
• 2.3.4.3 幅度控制单元
• 2.4 系统硬件电路设计
• 2.4.1 DDS主通道模块设计
• 2.4.2 信号调理模块电路设计
• 2.4.2.1 D/A转换电路的设计
• 2.4.2.2 低通滤波器电路的设计
• 2.4.2.3 幅度控制与缓冲电路的设计
• 2.4.3 数据采集模块设计
• 2.4.4 数据控制模块电路设计
• 2.4.4.1 触摸屏设计
• 2.4.4.2 数据存储及与计算机连接
• 2.4.5 系统电源管理
• 2.5 本章小结
• 第3章 系统软件设计
• 3.1 引言
• 3.2 FPGA软件程序设计
• 3.2.1 频率控制字模块设计
• 3.2.2 相位累加器模块设计
• 3.2.3 波形数据存储模块
• 3.3 单片机软件程序设计
• 3.3.1 触摸屏传输数据控制程序
• 3.3.2 CF卡存储器
• 3.4 本章小结
• 第4章 系统调试与测试
• 4.1 系统硬件调试
• 4.2 系统软件调试
• 4.3 系统测试
• 4.4 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果
• 致谢
• 附录