信号发生器综述【文献综述】

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毕业论文文献综述电子信息工程信号发生器综述摘要：本文主要介绍了信号发生器的一般概念及其基本分类，讲述了信号发生器的现状，在日常生活中的应用，从DDS、FPGA、DSP等结构形式比较得出了各类信号发生器的特点。关键词：信号发生器；FPGA；DDS；DSP1.信号发生器的定义及分类信号发生器是一种能产生标准信号的电子仪器，是工业生产和电工、电子实验中经常使用的电子仪器之一。信号发生器种类较多，性能各有差别，但它们都可以产生不同频率的正弦波、调幅波调频波信号，以及各种频率的方波、三角波、锯齿波和正负脉冲波信号等。利用信号发生器输出的信号，可以对元器件的性能及参数进行测量，还可以对电工和电子产品整进行指数验证、参数调整及性能鉴定。在多数电路传递网络中、电容与电感组合电路，电容与电阻组合电路及信号调制器的频率、相位的检测中都可以得到广泛的应用。信号发生器按其频率的高低，可分为:超低频信号发生器，低频信号发生器，高频信号发生器，超高频信号发生器，微波信号发生器;按产生波形的不同，可分为:正弦波信号发生器，脉冲波函数波信号发生器，任意波信号发生器;按调制方式的不同，可分为:调频信号发生器(FM)、调幅信号发生器(AM)，调相信号发生器(PM)，脉冲调制信号发生器;此外，还可以产生两种或多种波形信号发生器[1]。2.信号发生器的现状和应用信号是运载消息的工具，是消息的载体，也在日常生活中有有着广泛的应用，是必不可少的。对于一些仪器所需的信号，当然离不开信号发生器。信号发生器是指产生所需参数的电测试信号的仪器。信号发生器在信号源、检测仪表等电子设备中具有十分广泛的用途。作为实验用信号源，信号发生器是现今各种电子电路实验设计应用中必不可少的仪器设备之一。目前常见的信号发生器有三种：第一种是由分立元件构成，采用振荡电路实现[2]。第二种是采用专用波形集成芯片，通过改变外围参数实现。第三种是采用微处理器、FPGA、DDS芯片等，用现代电子设计技术实现。由分立元件构成的信号发生器由于元器件的分散性及环境条件的改变等因素，致使波形频率产生偏差。由现代电子技术实现的波形发器主要有“单片机+低速D/A转换”和“FPGA+高级D/A转换或采用DDS数字合成”两种，前者用于低频，价位低，后者主要用于高频或高精度场所，价位高。 采用现代电子技术通过编程实现的信号源，从技术上克服了元器件分散性造成波形失真的问题。而在信号发生器的研究过程中，D/A和lcd是很重要的。将数字信号转换为模拟信号的电路称为数模转换器，即D/A，它被广泛地应用在信号采集和处理、数字通信、自动检测、自动控制和多媒体技术等领域。3.信号发生器的结构形式3.1基于DDS的信号发生器DDS技术的核心是相位累加器，它类似一个计数器，每收到一个时钟信号，相位累加器的输出就增加一个步长的相位增加量，相位增加量的大小由频率控制字确定。根据系统功能的要求，系统的总体框图设计如图1所示，信号产生模块选用DDS芯片AD9850。AD9850是AD公司生产的最高时钟为125MHz、采用先进的CMOS技术的直接频率合成器，它结合一个片内高速、高性能DAC和比较器构成一个完全数字控制可编程频率合成器，并具有时钟产生功能的高集成度芯片。该芯片产生正弦信号，最高输出信号频率为62.5MHz，能满足设计的输出信号频率要求，并留有扩展空间。显示模块选用带有12864ZB液晶屏显示功能。该显示屏具有亮度可调、自带字库、节省主控制器资源的优点，并且能完全支持8位数据并行传输和中文显示功能。主控制模块选用AT89S52作为系统的主控制器。该芯片具有在线可编程功能，最快33MHz的输入频率，丰富的I/O口，能够满足对信号产生模块、按键控制模块、显示模块的控制，并能快速完成频率控制字的计算，满足系统控制功能的要求[3-5]。微处理器信号产生模拟处理按键控制低通滤波LCD显示图1系统功能总体框图3.2基于FPGA的信号发生器信号发生器硬件组成见图2所示，主要由三部分组成：(1)MCS51与FPGA的接口:实现MCS51与FPGA接口。(2)控制及显示部分的接口:实现DDM 的识别和显示。(3)数模(D/A)转换:把FPGA输出二进制码变成正弦电压，其幅度由D/A转换器所输出的参考电压控制。(4)复合信号的合成：实现正弦电压向复合信号的转换。其工作过程是：由从CPU根据按键产生的中断，查询波形幅度存储单元(存放90Hz和150Hz信号幅度信息)，在显示的同时，并开始向FPGA传送此幅度信息；FPGA中的存贮着1个周期的复合信号的波形，只有加电FPGA即执行90Hz正弦信号、150Hz正弦信号生成程序，分别通过D/A网络1和D/A网络3，将数字量变成模拟量，从而得到90Hz正弦信号、150Hz正弦信号，90Hz正弦信号的幅度控制由单片机控制D/A网络2产生90Hz基准电压而实现，150Hz正弦信号的幅度控制由单片机控制D/A网络4产生150Hz基准电压而实现；90Hz正弦信号、150Hz正弦信号在复合信号产生网络中叠加，最终形成复合电压信号[6-8]。INT0FPGAD/A网络1D/A网络2D/A网络3D/A网络490HZ正弦150HZ正弦复合信号产生网络P0P2ALEWRRD图2基于FPGA的信号发生器组成框图3.3基于DSP的信号发生器基于TMS320VC5402的信号发生器的基本原理是基于数模转换技术,在DSP板上对任意波形信号进行编程,通过DSP执行相应的程序,从DSP的多通道缓冲串口McBSP0向TLC320AD50C发送波形数据,产生波形输出。采样率由DSP片内可编程定时器控制。每次当定时器寄存器TIM减少到0时,会产生一个定时器中断(TINT),定时器中断周期T由公式计算得出:T=CLKOUT×(TDDR+1)×(PRD+1）其中,CLKOUT为时钟周期,TDDR和PRD分别为定时器控制寄存器(TCR)的分频系数位的值和定时器周期值[9-10]。4.总结方案1具有结构简单、控制灵活、输出信号稳定、精度高等特点。另外仪器体积小，性价比高，可以应用在收发信机、载波同步、雷达、调制解调电路、电子测量等方面。方案2具有FPGA接口灵活、编程简单的特点。方案3具有波形精度高、稳定性好,编程简单、灵活,在实际应用中取得了很好的效果。所有的这些社会需求以及微电子技术、计算机技术、信号处理技术等本身的不断进步都极大刺激了频率合成器技术的发展。可以预料，随着低价格、高时钟频率、高性能的新一代DDS芯片的问世，DDS的应用前景将不可估量。参考文献[1]彭卫发.浅谈基于单片机多功能智能信号发生器[J].宜春职业技术学院.[2]徐柳娟.函数信号发生器电路制作[J].浙江水利水电专科学校学报,2009,12，21(4)：31～33.[3]魏春英，李虹.基于DDS的信号发生器的设计[J].宁夏大学物理电气信息学院,2009,12,8(4).[4]薛峰，吴利民，吴巍.一种高性能DDS芯片AD9850及其应用[J].无线电通信技术，1999.[5]J．Vallkka,Methodsofmappingfromphasetosineamplitudeindirectdigital synthesis[J]，IEEEProe，50thAFCS，1996(2):45-50.[6]申彦春,王欢,梁廷贵.基于FPGA的信号发生器的设计[J].唐山学院信息工程系,2008,3,21(2).[7]郭强.基于FPGA的信号发生器的设计[J].科技信息,2010(11).[8]宋仲康,孔利东.基于VHDL语言的信号发生器的设计与实现[J].工业控制技术,2006.[9]刘剑科,王艳芬,王胜利.基于DSP的信号发生器的设计与实现[J].信息与电气工程学院,2005.[10]TMS320C54xDSPReferenceSet:CPUandPeripherals(LiteratureNumberSPRU131)[M].TexasInstrumentsInc,1997,1.