毕业设计(论文) 任意波形信号发生器学 院 年级专业 03级电子信息工程 学生姓名 指导教师 专业负责人 答辩日期 2007年6月24日 毕业设计(论文)任务书学院：信息学院 系级教学单位：电子与通信工程系 学号学生姓名专 业班 级03电(3)课题题 目任意波形发生器的开发来 源自拟主要内容查阅大量有关智能仪器的资料，了解其原理，给出任意波形发生器系统总体设计方案，硬件电路图，软件编程，调试。基本要求查资料，了解智能仪器原理，任意波形发生器的实现技术，给出自己的设计方案，画出硬件图，软件编程设计，上机调试。参考资料1电子测量仪器2智能仪器3MCS51单片机原理及应用4 期刊杂志周 次14周58周912周1316周1718周应完成的内容查资料，阅读相关文献，总体方案设计总体方案的设计，硬件设计硬件设计，软件设计编程软件设计编程调试软件调试，写论文，答辩指导教师：肖丽萍职称：副教授系级教单位审批：摘 要任意波形发生器是信号源的一种，它是具有信号源所具有的特点，更因它高的性能优势而倍受人们青睐。信号源主要给被测电路提供所需要的己知信号(各种波形)，然后用其它仪表测量感兴趣的参数。可见信号源在各种实验应用和试验测试处理中，它不是测量仪器，而是根据使用者的要求，作为激励源，仿真各种测试信号，提供给被测电路，以满足测量或各种实际需要。本论文的主要任务是基于DDS技术，AD760为核心，89C52单片机作为控制器设计一个性能优良的任意波形发生器。论文中主要对微机控制的任意波形发生器的软硬件设计进行了相应的研究，由CPU, DAC，计数器，定时器模块组成主要是用于对上层波形数据的接收，存储，同时可以单独使用，通过CPU向DAC发送所需波形数据。软件部分是开发一个任意波形发生器的波形编辑软件。通过该软件用户可以设置各种波形参数，进而控制硬件模块产生相应的波形信号通过串口下载到硬件系统。该软件集中体现了任意波形发生器的“任意”性，它具有强大的波形生产、编辑及处理功能。波形生产方式包括数学函数产生波形、手动绘制波形;可以改变波形的幅度和相位。最后概括总结了全文，给出了结论，并说明了系统设计中待改进的工作。关键词 任意波形、DDS、89C52AbstractThe Arbitrary Waveform Generator is one kind of the signal source, it has the characteristics that there are the signal sources, favored by people because of its high performance advantage. The signal source provides the known signals needed for circuit-under-test mainly (various kinds of wave forms), then measure the parameter that is interested in with other instrument. It is obvious the signal source is used and test testing while dealing with in various kinds of experiments, it is not a measuring instrument, but according to the request of user, as encourage source ,emulation various kinds of test signal, offer to the circuit-under-test, in order to meet measurement or various kinds of actual needs.The main task of this thesis is to develop the core of regarding digital simulation chip AD760 of AD Company as because of DDS technology , Cygnal Company 89C52 one-chip computer designs a of good performance Arbitrary Waveform Generator as the controller .Thesis design corresponding research to Arbitrary Waveform Generator and hardware of generator that computer control mainly ,by CPU, DAC, the counter，timer module is it is it receive to upper strata waveform datum toused for mainly to make up, store, can use alone at the same time, send thenecessary waveform data to DAC through CPU. The part of the software is the software for editing of waveform whichdevelops a Arbitrary Waveform Generator. Can set up various kinds ofwave form parameter through this software user, control hardware moduleproduce corresponding waveform signal download through one UART tothe hardware system. Software this embody a concentrated reflection ofArbitrary Waveform Arbitrary of generator, it with power wave formproduce, edit and punish the function. The mode of production of thewaveform including mathematics function produces the wave form, drawsthe waveform manually; Can change the range of the waveform and phaseplace.Keywords Arbitrarily wave form、DDS、89C52目 录摘 要IAbstractII第1章 绪论11.1 概述11.2 国内外波形发生器的发展状况21.2.1任意波形发生器的发展状况21.2.2研制任意波形发生器的目的及意义41.3 本文研究内容4第2章 任意波形发生器的设计方案与理论分析72.1 任意波形发生器原理72.1.1直接模拟法72.1.2直接数字法72.2 任意波形发生器的设计方案102.2.1任意波形发生器的总体设计方案102.3 任意波形发生器的理论分析112.3.1理想DDS的谱分布122.3.2 DDS的相位噪声132.4小结14第3章 任意波形发生器的硬件设计153.1 题目分析及方案论证153.1.1波形发生器153.1.2幅度控制方法163.2 系统设计173.2.1总体设计思路173.3小节17第4章 各模块具体实现原理分析和说明194.1波形表生成模块194.2频率控制模块194.3数模转换及幅度控制模块204.4滤波处理模块214.5波形数据存储224.6小结22第5章 任意波形发生器的软件设计235.1 波形编辑软件总体设计235.2系统软件流程图235.2.1软件功能及算法255.3 误差分析255.3.1 相位误差255.3.2 幅值量化误差265.3.3由于D/A变换器的非理想特性引起的误差265.3.4电源噪声265.3.5运放带来的误差265.4小结26结 论27参考文献29附录131附录235附录339附录453致谢57第1章 绪论1.1 概述信号源有很多种，包括正弦波信号源、函数发生器、脉冲发生器、扫描发生器、任意波形发生器、合成信号源等。一般来讲任意波形发生器，是一种特殊的信号源，综合具有其它信号源生成能力，因而适合各种仿真实验的需要。主要有这样的功能：(1)函数功能函数信号源是使用最广的通用信号源，它能提供正弦波、锯齿波、方波、脉冲波等波形，有的还同时具有调制和扫频能力、众所周知，在基础实验中设计一种电路，需要验证其性能、可靠性与稳定性，就需要给它施加理想的波形以辨别真伪。如可使用信号源的DC补偿功能对固态电路控制DC偏压电平;可对一个怀疑有故障的数字电路，利用信号源的方波输出作为数字电路的时钟，同时使用方波加DC补偿产生有效的逻辑电平模式输出，观察该电路的运行状况，而证实故障缺陷的地方，总之，利用任意波形发生器这方面的基础功能，能仿真基础实验室所必须的信号。(2)任意波形众所周知，在实际的电子环境所设计的电路在运行中，由于各种干扰和响应的存在，实际电路往往存在各种信号缺陷和瞬变信号，例如图1-1 尖峰脉冲 图1-2 频率突变过脉冲、尖峰、阻尼瞬变等(见图1-1，图1-2)，这些情况的发生，如在设计之初没有考虑进去，有的将会产生灾难性的后果。例如图1-1中a处过剑峰脉冲，如果给一个抗过冲能力差的电路，将可能会导致整个设备“烧坏”。由于任意波形发生器特殊的功能，为了增强任意波形生成能力，它往往依赖计算机通讯输出波形数据。在计算机传输中，通过波形编辑软件生成波形，有利于扩充仪器的能力，更进一步仿真模拟实验。同时由于编辑一个任意波形有时需要花费很长的时间和精力，并且每次编辑的波形可能有所差异，一般会在任意波形发生器内配置一定数量的非易失性存储器。可以把所需要的波形从计算机接口下载到任意波形发生器的存储器中。综上所述，不论是在生产还是在科研与教学上，任意波形发生器是电子工程师信号仿真实验的最佳工具。随着我国经济和科技的发展，对相应的测试仪器和测试手段也提出了更高的要求，而任意波形发生器己成为测试仪器中至关主要的一类，因此开发任意波形发生器具有重大意义。1.2 国内外波形发生器的发展状况1.2.1任意波形发生器的发展状况任意波形发生器是能够产生大量的标准信号和用户定义信号，并保证高精度、高稳定性、可