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基于LabVIEW和SOPC的智能型函数发生器的研究与设计

作　者: 牟涛
导　师: 魏金成
学　校: 西华大学
专　业: 电力电子与电力传动
关键词: 智能型函数发生器虚拟仪器可编程片上系统直接数字合成技术 NiosⅡ处理器
分类号: TP346
类　型: 硕士论文
年　份: 2009年
下　载: 275次
引　用: 4次
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内容摘要

函数发生器又名任意波形发生器,是一种常用的信号源,广泛应用于通信、雷达、导航等现代电子技术领域。信号发生器的核心技术是频率合成技术,主要方法有:直接模拟频率合成、锁相环频率合成(PLL)、直接数字合成技术(DDS)。DDS是开环系统,无反馈环节,输出响应速度快,频率稳定度高。因此直接数字频率合成技术是目前频率合成的主要技术之一,其输出信号具有相对较大的带宽、快速的相位捷变、极高的相位分辨率和相位连续等优点。本文的主要工作是采用SOPC结合虚拟仪器技术,进行DDS智能函数发生器的研制。本文介绍了虚拟仪器技术的基本理论,简要阐述了仪器驱动程序、VISA等相关技术。对SOPC技术进行了深入的研究:SOPC技术是基于可编程逻辑器件的可重构片上系统,它作为SOC和CPLD/FPGA相结合的一项综合技术,结合了两者的优点,集成了硬核或软核CPU、DSP、锁相环、存储器、I/O接口及可编程逻辑,可以灵活高效地解决SOC方案,而且设计周期短,设计成本低,非常适合本设计的应用。本文还对基于DDS原理的设计方案进行了分析,介绍了DDS的基本理论以及数学综合,在研究DDS原理的基础上,利用SOPC技术,在一片FPGA芯片上实现了整个函数发生器的硬件集成。本文就函数发生器的设计制定了整体方案,对软硬件设计原理及实现方法进行了具体的介绍,包括整个系统的硬件电路,SOPC片上系统和PC端软件的设计。在设计中,LabVIEW波形编辑软件和函数发生器二者采用异步串口进行通信。利用LabVIEW的强大功能,把波形的编辑,系统的设置放到计算机上完成,具有人机界面友好、系统升级方便、节约硬件成本等诸多优势。同时充分利用了FPGA内部大量的逻辑资源,将DDS模块和微处理器模块集成到一个单片FPGA上,改变了传统的系统设计思路。通过对系统仿真和实际测试,结果表明该智能型函数发生器不仅能产生理想的输出信号,还具有集成度高、稳定性好和扩展性强等优点。

全文目录

摘要  2-4
Abstract  4-10
1 绪论  10-17
  1.1 函数发生器的发展历史及现状  10-12
  1.2 智能函数发生器的技术动态  12-15
  1.3 本论文技术路线及研究内容  15-17
2 智能函数发生器研究的相关技术  17-36
  2.1 虚拟仪器技术  17-22
  2.2 SOPC(可编程系统芯片)技术  22-26
  2.3 DDS技术在函数发生器中的应用  26-36
3 系统总体设计方案及实现方法  36-41
  3.1 任意波形发生器基木功能和技术指标  36-37
  3.2 系统总的设计方案和实现原理  37-41
4 智能函数发生器硬件部分的设计  41-65
  4.1 SOPC片上系统的设计  41-56
  4.2 主体电路的设计  56-65
5 智能函数发生器软件部分的设计  65-83
  5.1 LabVIEW波形编辑软件的设计  65-76
  5.2 基于NiosⅡ的嵌入式软件设计  76-83
6 系统的调试与实验结果分析  83-93
  6.1 系统的仿真  83-85
  6.2 测试结果  85-89
  6.3 误差分析与改进方法  89-93
结论  93-95
参考文献  95-97
附录A:整个系统的硬件实物图  97-98
附录B:智能函数发生器核心板实物图  98-99
附录C:智能函数发生器主板实物图  99-100
附录D:SOPC片上系统结构图  100-101
附录E:智能函数发生器主板电路原理图  101-102
作者在读期间科研成果简介  102-105
致谢  105

基于LabVIEW和SOPC的智能型函数发生器的研究与设计

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