一种基于单片机和FPGA的任意频率信号发生器设计开题报告

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1、开题报告一种基于单片机和FPGA的任意频率信号发生器设计一、选题的背景、意义在电子技术发展的现在，需要方便及精度高的信号发生器。在一些军事、航空、交通制造业等领域，有些电路运行环境很难估计，在设计完成之后，在现实环境还需要作进一步实验，有些实验的成本很高或者风险性很大，人们不可能长期作实验来判断所设计的产品的可行性和稳定性，我们可以利用一些波形发生器来做一些费用高、风险大的实验，然后通过数字示波器等仪器把波形实时记录下来，然后通过计算机接口接到信号源，直接下载到设计电路，作更进一步实验验证。信号发生器的设计方法多，并且随着科技的进步，其设计技术也

2、越来越进步。信号发生器是能够产生大量标准信号和用户定义信号，并保证它的高精度和高稳定性，可重复性和易操作性的电子仪器。信号发生器是各种测试和实验过程中非常重要的工具，是电子工程师信号仿真实验的最佳工具。二、相关研究的最新成果及动态信号发生器早在20世纪20年代电子设备刚出现时就产生了。随着通信和雷达技术的发展，40年代出现了应用于主要测试各种接收机的标准信号发生器，使信号发生器从定性分析的测试一起发展成定量分析的测量仪器。同时还出现了可用来测量脉冲电路或者用作脉冲调制器的脉冲信号发生器。早期的信号发生器机械结构复杂，电路较简单，但是功耗大，因此发

3、展速度较慢。1964年第一台全晶体管的信号发生器出现。自60年代来信号发生器有了迅速的发展。这个时期的信号发生器的信号发生器很多都采用模拟电子技术，由分立元件或者模拟集成电路构成，它的电路结构复杂并且能产生正弦波、方波、锯齿波和三角波等简单波形。由于模拟电路的漂移较大，使得它输出的波形的幅度稳定性差。而且模拟器件构成的电路存在尺寸大、价格昂贵、功耗大等缺点，并且要生产较为复杂的波形则电路结构非常复杂。自20世纪70年代微处理器出现以后，利用微处理器、模数转换器和数模转换器，用剑和软件使得信号发生器功能扩大，产生比较复杂的波形。该时期的信号发生器多

4、以软件为主，实质是采用微处理器对DAC的程序控制，就可以得到各种简单的波形。软件控制波形的一个最大的缺点就是输出波形的频率低，这主要是由CPU的工作速度决定的。如果想提高频率可以改进软件程序减少其执行周期时间或者提高CPU的时钟周期，但是上述办法都是有限的，最根本的办法是要改进硬件电路。现代电子、计算机和信号处理等技术的发展地极大地促进了数字化技术在电子测量仪器中的应用，使得原来的模拟信号处理逐步被数字信号处理代替，从而使得仪器信号的处理能力得到扩充，进而提高了信号测量的准确度、精度和变换速度，克服了模拟信号处理的许多缺点，数字信号发生器也随之发

5、展起来。在20世纪80年代后，数字技术逐渐成熟，信号发生器绝大部分不再使用机械驱动取而代之的是采用数字电路。自从80年代以来，各国都在研究DDS产品，并应用到信号发生器设计上。后来出现的专用DDS芯片在极大程度上推动了DDS技术的发展，但专用DDS芯片价格昂贵，且无法实现我们所需要的各种波形输出。近年来，随着超高速数字电路的发展以及对DDS的深入研究，DDS的最高工作频率以及噪声性能已接近并基本达到锁相频率合成器相当的水平。随着这种频率合成技术的发展，现在已经广泛应用于通讯、导航、雷达、遥控遥测、电子对抗以及现代化的仪器仪表工业等领域。直接数字频

6、率合成器的优势是在微处理器的控制下.能够准确而快捷地调节输出信号的频率、相位和幅度。此外，DDS具有频率和相位分辨率高、频率切换速度快、易于智能控制等特点。近10多年来AD和Qualcomm等几家公司根据这些改进技术推出了一系列性能优良的DDS专用集成电路.它的工作频率可达IGHZI，频率分辨率可到MHz，排除DAC的限制，杂散指标已经能达到一70dbc以下。其应用领域也只是局限在频率合成，已经有专门用于产生LFM信号的。随着集成电路工艺的不断发展，这些产品的功能也愈来愈强大。如今不仅在一个芯片上能够集成DDS所需要的全部功能，例如相位一幅度变换

7、电路和数模转换器(DAC)等，而且也具备了一些实际的调制功能，例如相移键控(PSK)和正交幅度调制(QAM)等。除了应用在仪器上，DDS在通信系统和雷达系统中的用途也很重要。通过DDS可以较容易产生在一些通信中常用的调制信号，例如:频移键控(FSK)、二进制相移键控(BPSK)和正交相移键控(QPSK)。DDS可以产生两路相位严格正交的信号在正交调制和解调中的到广泛应用，是一种很好的本振源。在雷达中通过DDS和PLL相结合可以产生毫米波线性调频信号，DDS移相精度高、频率捷变快和发射波形可捷变等优点在雷达系统中也可以得到很好的发挥。20世纪90年

8、代末出现了集中真正高性能、高性价比的函数信号发生器。HP公司推出了型号为HP770S的信号模拟装置系统。它是由HP8770A任意波形数字