【正文】 ...................................................................34 頻率顯示模塊的設計............................................................................34 電壓幅值顯示模塊的設計....................................................................36 外圍接口電路...............................................................................................36第五章 調試....................................................................................................................37第六章 性能結果測試及分析........................................................................................37 測試數(shù)據................................................................................................................38 誤差分析................................................................................................................40 幅值量化誤差........................................................................................................40 電源噪聲................................................................................................................40 后級運放產生的誤差............................................................................................40第七章 總結....................................................................................................................41致謝....................................................................................................................................42附錄....................................................................................................................................43附錄A (按鍵消抖程序)................................................................................................43附錄B （頻率運算控制模塊代碼）..........................................................................45附錄C （FPGA核心板原理圖）...............................................................................46附錄D （按鍵指示板電路）......................................................................................48附錄E （顯示板電路）.............................................................................................48附錄F （DA轉換板電路）......................................................................................50參考文獻............................................................................................................................52第一章 緒論第一章 緒論 引言信號發(fā)生器又叫測量用信號源，作為電子技術領域中最基本的電子儀器，廣泛應用于各個領域中[[] [J]..（1）：227228]。信號發(fā)生器主要是產生各種不同頻率、相位、幅度、波形的各種輸出信號，用于各種不同條件、要求、場合的測試領域，以及機械、醫(yī)療等需要產生特定輸出信號的領域。隨著電子技術的發(fā)展，信號發(fā)生器正向多功能、數(shù)字化、自動化的方向發(fā)展，對其性能的要求也越來越高，如要求輸出頻率穩(wěn)定性高、轉換速度快、能夠輸出任意波等。 國內外現(xiàn)狀現(xiàn)在市場上已有的信號發(fā)生器有很多種，其電路形式有采用運放及分立元件構成；也有采用單片集成的函數(shù)發(fā)生器；以及以單片機和FPGA為核心，輔以必要的模擬電路構成的DDS數(shù)字信號發(fā)生器。在保證信號發(fā)生器的穩(wěn)定性、頻率范圍、幅值范圍等指標的同時，實現(xiàn)對輸出信號的頻率、相位和幅值的數(shù)字控制是現(xiàn)代信號發(fā)生器的發(fā)展方向。 國外信號發(fā)生器現(xiàn)狀當今信號發(fā)生器的國外生產廠家主要有德國的Ramp。S公司、日本的菊水(Kikusui)和Leada公司、美國的安捷倫(Agilent)公司和泰克(Tektonix)公司等[[] [M].北京:國防工業(yè)出版社，2008]。安捷倫(Agilent)公司和泰克(Tektonix)公司是國際電子測量公司的代表。Agi1ent公司最新出品的M8190A 12GSa/s 任意波形發(fā)生器主要特性與技術指標如下：[[] Agilent Technologies. M8190A 12 GSa/s 任意波形發(fā)生器[EB/OL]．]精密的任意波形發(fā)生器，提供兩個 DAC 設置：14 位分辨率，高達 8GSa/s。12 位分辨率，高達 12GSa/s。從 125MSa/s 至 8/12GSa/s 的可變抽樣率。高達 80dBc 典型值的無雜散動態(tài)范圍（SFDR）。高達 72dBc 典型值的諧波失真 (HD)。高達 2GSa 任意波形存儲器/通道，具有高級排序功能。5 GHz 模擬帶寬(直接 DAC 輸出)。安捷倫可直接提供用于M8190A 的MATLAB 軟件，來執(zhí)行任意波形（多音頻信號、脈沖雷達信號、多載波調制波形）測量和分析例程以及儀器應用。33503A BenchLink Waveform Builder Pro軟件可快速輕松地定制波形。寬帶波形中心提供60種無線通信的寬帶調制，支持WiGig、無線 HD 和 等標準。可在所有領先的軟件平臺上應用。其主要應用:雷達、衛(wèi)星、電子戰(zhàn)、多電平信號。ADC 測試(模擬數(shù)字轉換器測試)、抖動裕量測試。數(shù)字視頻、噪聲功率比測量、無線 HD。IEEE 、IEEE 、軟件定義無線電。 國內信號發(fā)生器現(xiàn)狀信號發(fā)生器的國內生產廠家有成都前鋒電子儀器有限公司、江蘇綠揚電子儀器有限公司、南京新聯(lián)電訊儀器有限公司、南京涌新電子有限公司、寧波中策電子有限公司、北京無線電二廠、北京普源精電公司等。國內任意波形發(fā)生器的研制開發(fā)始從上世紀90年代，經過努力，近年來取得了可喜的成果。例如南京新聯(lián)電子公司生產的EE1462系列高頻DDS合成標準信號發(fā)生器，主要技術指標及特性如下：[[] 南京新聯(lián)電子股份有限公司. EE1462系列高頻DDS合成標準信號發(fā)生器[EB/OL]．，20130314]輸出頻率：100kHz～430MHz（EE1462A/B/C/D/E/F型）頻率分辨力：1Hz輸出電壓： ～1Vrms電壓分辨力：頻譜純度：諧波：＜30dBc；雜波：＜40dBc調制：調幅：0～90%；調頻：0～100kHzPSK、FSK 和 掃頻”真彩液晶顯示（16位65536色）帶RS232接口，可選配GPIB接口音頻源選件：10mHz～1MHz輸出頻率計選件：10Hz～1000MHz功耗：38W主要特點：采用直接數(shù)字合成（DDS）技術采可大規(guī)模編程器件（CPLD）技術全數(shù)字化調頻技術準確的調制精度120dB程控衰減，實現(xiàn)微弱信號輸出接口齊全，多種存貯功能外頻標輸入，實現(xiàn)真正意義上的全頻段高頻率分辨力?？扇〈鶻FG7等高頻信號發(fā)生器采用SMT 貼片工藝，可靠性高體積?。?5036110mm重量輕： DDS的優(yōu)劣 DDS的優(yōu)點與傳統(tǒng)技術相比，DDS具有以下特殊優(yōu)點[[] 田華，袁振東，趙明忠等. 電子測量技術[M].西安:西安電子科技大學出版社，2005]：(1)輸出信號的頻率分辨率可以做到非常高，并且輸出信號的頻點數(shù)量可以做到非常多，可以近似看作輸出信號的頻率是連續(xù)可調的。(2)頻率轉換快。DDS系統(tǒng)輸出信號頻率轉換時間可達納秒(ns)數(shù)量級。(3)相位連續(xù)。(4)信號相干。DDS產生的所有頻率都由標準的同一時鐘源控制，因而很容易實現(xiàn)相干信號頻率的產生和變換，在通信、雷達、導航等設備中有極寬廣的應用前景。(5)相位噪聲小。一般鎖相環(huán)為了減小相位噪聲，必須減小回路的帶寬，致使鎖相環(huán)難于捕獲，頻率轉換速度和穩(wěn)定性不能保障。因為DDS頻率由數(shù)字控制直接產生，沒有反饋環(huán)路，所以DDS輸出信號的相位噪聲很小。(6)復雜方式的信號調制很容易實現(xiàn)。DDS系統(tǒng)可以方便地實現(xiàn)線性調頻、FSK/PSK/GMSK等調制。(7)微處理器接口，控制容易，穩(wěn)定可靠。DDS全數(shù)字集成，工作穩(wěn)定，電磁兼容性好。(8)大規(guī)模集成，體積小，功耗低，重量輕。 DDS的缺點當然DDS也存在一些缺點，主要表現(xiàn)如下： (1)DDS系統(tǒng)輸出信號頻率的高端相對于現(xiàn)在的一些高頻應用場合（比如3G通信等）來說是比較低的，輸出信號頻率的高端一般在幾十MHZ至400MHz左右。(2)輸出信號當中含有比較大的雜散信號：主要是下面三個因素造成的，a. 幅度量化誤差造成的雜散,[[] 姜萍,王建新,[J].,28(5):43～47]。DDS技術剛面世時，由于存在上面的缺陷，所以得不到實際的應用與發(fā)展。隨著電子技術的不斷發(fā)展，其缺點得到了一定的克服，現(xiàn)在DDS技術已經在各個領域得到了廣泛地應用 [[] 邵正途,[J].電子技術,2005,(1): 82～84]。 單芯片DDS介紹近年來，DDS技術獲得了長足的進步，在跳頻通信、電子對抗、自動控制和儀器設備等領域得到了廣泛的應用，如美國模擬器件(AnalogDevices)公司的AD985x、AD995x系列單片DDS。 美國模擬器件公司DDS的主要特性型 號主時鐘頻率/MHzDAC/bit頻率控制字/bit供電電壓/V電流/mA主時鐘倍頻器內部比較器接口AD0854ASQ3001248～1210有有并/串AD9859400103230有無串行AD99564001448—無無串行AD99514001432—有無串行AD9952400143285有有串行AD99534001432—有無串行AD99544001432—有有串行AD985810001032～757無無并/串由于受器件水平的限制 (主要受D/A轉換器轉換速度的限制)，目前使用的DDS的時鐘頻率仍不太高。雖然有的芯片時鐘可達到1 GHz或1 GHz以上(如美國模擬器件公司的AD9858)，但高位數(shù)D/A轉換芯片的上限頻率還只能達到幾百兆赫，這樣DDS的輸出頻率就受到了極大的限制。因而在需要產生較高頻率信號的情況下，往往要采用DDS和鎖相環(huán)相結合的技術。借助于直接數(shù)字頻率合成(DDS)技術，人們又研制出了任意波形發(fā)生器(AWG)。其原理與采用DDS技術的正弦信號發(fā)生器相同，只是用可讀寫存儲器(RAM)代替ROM來存儲波形數(shù)據，根據需要通過微處理器更改其中的波形數(shù)據就達到了產生所需的任意波形是目的。 本論文主要內容本論文主要內容如下：1. 對國內外信號發(fā)生器的現(xiàn)狀進行了介紹，并介紹了DDS系統(tǒng)的優(yōu)缺點2. 對FPGA的工作原理及設計流程進行了簡介，并分析了用FPGA來實現(xiàn)DDS的三種方法3. 對DDS的工作原理、特點和特性特性進行研究、分析4. 系統(tǒng)方