基于SOPC的任意波形發(fā)生器設(shè)計(jì)
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1 DDS技術(shù)及其原理
任意波形發(fā)生器目前主要有兩種實(shí)現(xiàn)方法：一種是傳統(tǒng)的任意波形發(fā)生器，但是由于采用的是模擬和模數(shù)混合的方法，限制了其頻率穩(wěn)定度,并且系統(tǒng)比較復(fù)雜；另一種是基于直接數(shù)字頻率合成（DDS）技術(shù)的任意波形發(fā)生器，采用這種技術(shù)的AWG具有很高的頻率分辨率和快速的輸出頻率轉(zhuǎn)換能力，并且輸出頻率范圍寬。
DDS技術(shù)是一種先進(jìn)的頻率合成技術(shù)，其優(yōu)點(diǎn)是易于程控、相位連續(xù)、輸出頻率穩(wěn)定度高、分辨率高等。DDS 技術(shù)的實(shí)現(xiàn)依賴于高速、高性能的數(shù)字器件，可編程邏輯器件以其速度高、規(guī)模大、可編程以及有強(qiáng)大EDA軟件支持等特性，十分適合實(shí)現(xiàn)DDS技術(shù)?；谝陨系脑?，該系統(tǒng)采用第2種實(shí)現(xiàn)方法。DDS原理框圖如圖1所示。
圖1 DDS原理框圖
2 系統(tǒng)總體設(shè)計(jì)
該系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)的主要功能是：輸出頻率相同，幅值相同，具有可調(diào)相位差的兩路任意波形，同時(shí)可實(shí)現(xiàn)輸出波形過零切換（當(dāng)波形參數(shù)發(fā)生改變時(shí)，系統(tǒng)總是在零相位時(shí)改變輸出波形，這樣可得到平滑的波形輸出），該系統(tǒng)還可以通過PC 端軟件產(chǎn)生數(shù)據(jù)，并通過USB接口下載到FPGA中從而生成任意波形。同時(shí)，波形的頻率和幅度均可調(diào)節(jié)，輸出頻率范圍為0.1Hz～1MHz，頻率分辨率為0.1Hz，輸出電壓范圍為0～10V。系統(tǒng)的整體設(shè)計(jì)如圖2所示。
圖2 系統(tǒng)原理框圖
3 PC端軟件軟件設(shè)計(jì)
該系統(tǒng)可以根據(jù)用戶的需要設(shè)定不同的波形，為了使用戶更容易的得到自己想要的信號(hào)波形，在這里設(shè)計(jì)了兩個(gè)可以產(chǎn)生任意波形的方法。一種方法是繪圖法，用戶可以自己畫出想得到的波形的圖形，但是用這種方法產(chǎn)生出來(lái)的信號(hào)精度不高，適用于對(duì)產(chǎn)生的信號(hào)要求不高的用戶，其優(yōu)點(diǎn)是簡(jiǎn)單方便。另一種方法是公式法，根據(jù)用戶輸入的公式或者函數(shù)語(yǔ)句產(chǎn)生波形信號(hào)，這種方法比較科學(xué)，精度較高。由于MATLAB軟件具有強(qiáng)大的數(shù)據(jù)計(jì)算、仿真、繪圖等功能，所以該用戶界面是用MATLAB軟件編程。用戶的軟件界面如圖3所示。
圖3 用戶軟件界面
在繪圖法中，主要用到MATLAB中的兩個(gè)函數(shù)：ginput（鼠標(biāo)輸入圖形）和spline（三次樣條多項(xiàng)式擬合）。結(jié)合這兩個(gè)函數(shù)，交互式創(chuàng)建二維曲線。首先，利用ginput函數(shù)在figure圖上選擇一系列點(diǎn)[x，y]，這樣就可得到一些分散的數(shù)據(jù)點(diǎn)，為了從這些分散的數(shù)據(jù)點(diǎn)中找到其內(nèi)在的規(guī)律性，然后通過這些點(diǎn)進(jìn)行樣條平滑，就要運(yùn)用到spline函數(shù)來(lái)產(chǎn)生一系列點(diǎn)來(lái)逼近這些已知點(diǎn)。結(jié)合ginput和spline函數(shù)設(shè)計(jì)程序，用戶就可以根據(jù)自己的需要在圖上任意畫出波形，描述的點(diǎn)越多，則輸出的波形越接近真實(shí)波形；如果描述的數(shù)據(jù)點(diǎn)少，則有可能改變波形形狀及趨勢(shì)。繪圖法中使用鼠標(biāo)取點(diǎn)的方法主要是避免用鼠標(biāo)直接畫波形時(shí)的不靈活性和不好控制性。
評(píng)論