智能仪器设计实例

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1、智能仪器设计实例——基于虚拟仪器技术及DDS技术的函数信号发生器的设计内容提要：一、背景和意义二、研究现状三、技术指标四、整体方案设计及工作原理五、波形数据的获取六、硬件电路设计七、软件设计一、背景和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；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，还广泛用于生物医学等各个领域的测试。二、研究现状信号发生

2、的主要实现方法有直接模拟法和直接数字法两种1、直接模拟法：采用模拟电子技术，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。1、直接模拟法2、直接数字法1971年，美国学者J.Tierncy，C.M.Rader和B.Gold提出了以全数字技术，从相位概念出发直接合成所需波形的一种新的频率合成原理。直接数字法是采用直接数字合成（DirectDigitalSynthesis）的方法实现信号产生。该技术

3、具有频率转换速度快、频率分辨率高、易于控制的突出优点。直接数字合成技术近年来发展的很快，而要产生任意波形就必须采用直接数字合成技术。2、直接数字合成法（2种直接数字合成结构）1）、基于地址计数器的数字频率合成法工作原理：将波形数据存储于存储器中，而后用可程控的时钟信号为存储器提供扫描地址，波形数据被送至DAC，经数模转换和低通滤波器后得到所需的模拟电压波形。假定地址计数器的时钟频率为fosc，波形一周期内有n个采样值，那么合成的波形频率为：如果改变地址计数器的时钟频率或存储器的地址步进大小，合成波形的频率都会随着改变。而要改变波形，只要在只读存储器中写入不同的

4、数据。2、基于相位累加器的直接数字合成法2、基于相位累加器的直接数字合成法核心是相位累加器，由一个加法器和一个相位寄存器组成，K是频率控制字，也是相位增量或步长；fclk是参考时钟的频率，N是相位累加器的位数，位宽是2N，数据存储器中存储的是一个周期正弦波的数字幅度信息，每个地址对应正弦波中0-360°范围的一个相位点，存储器共有2N个地址空间，即把360分割成2N份。每来一个时钟fclk，相位累加器就把频率控制字K与相位寄存器输出的累加字相加，相加后得到的结果作为查询表（ROM存储器）的地址，同时把这个累加值再送到加法器作为下一次累加的输入。相位累加器的输出

5、是一个等差数列，是相位累加器的初始值，n是参考时钟的个数。2、基于相位累加器的直接数字合成法相位增量（频率控制字）不同时,一个周期内的取样点数不同，相位寄存器每经过2N/K个fclk时钟后回到初始状态，输出信号的频率是频率控制字与输出信号频率和参考时钟频率之间的关系为：通过改变相位累加器的频率控制字K或者参考时钟频率fclk来改变输出信号的频率。2、基于相位累加器的直接数字合成法工作原理：从连续信号的相位出发将信号取样、量化、编码,形成一个函数表,存在波形存储器中。基于相位与幅度的对应关系,通过改变频率控制字K来改变相位累加器的相位增量,然后在参考时钟的控制下

6、取样,取样得到的相位值通过相位－幅度转换得到相位值对应的幅度序列,幅度序列再通过D/A转换为相应的电压信号，D/A转换器输出的一系列的阶梯电压信号经低通滤波器后便输出了光滑的合成信号。DDS相位码和幅度码的关系型 号最大工作(MHz)工作电压（V）最大功耗（mw)备    注AD9832253.3/5120小型封装，串行输入，内置D/A转换器。AD9831253.3/5120低电压，经济，内置D/A转换器。AD9833252.5～5.52010个管脚的uSOIC封装。AD9834502.5～5.52520个管脚的TSSOP封装并内置比较器。AD98355052

7、00经济，小型封装，串行输入，内置D/A转换器。AD9830505300经济，并行输入，内置D/A转换器。AD98501253.3/5480内置比较器和D/A转换器。AD98531653.3/51150可编程数字QPSK/16-QAM调制器。AD98511803/3.3/550内置比较器、D/A转换器和时钟6倍频器。AD98523003.31200内置12位的D/A转换器、高速比较器、线性调频和可编程参考时钟倍频器。AD98543003.31200内置12位两路正交D/A转换器、高速比较器和可编程参考时钟倍频器。AD985810003.32000内置10位的D

8、/A转换器、150MHz相频检测器、充