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任意波形发生器(简称AWG)是跟随着计算机技术和微电子技术的不断进步而形成和发展起来的一类新型信号源。来自很多行业的用户都在不断的面对各种新型电路,这些电路在设计、生产和测试过程中需要一些传统函数信号发生器难以生成的测试信号,并且对信号源的各项性能指标均不断提出了更高的要求。
直接数字频率合成(DDS)是近年来发展较快的一种新型频率合成技术,主要由相位累加器、波形存储器、D/A转换器、低通滤波器等构成,其中几乎所有频率合成所用的模块都可由数字器件实现,因此可以很大程度的提高输出信号的综合性能指标。基于DDS技术的任意波形发生器具有输出频率稳定、准确、波形质量好和输出频率范围宽等一系列独特的优点。在本设计中的任意信号发生器的设计中,利用两组DDS来实现信号的产生,其中一组是采用AD公司的专用高性能DDS芯片AD9854,用于完成正弦与方波信号的输出,并包括常用的几种信号调制输出波形的生成;另一组是由DSP、SRAM与CPLD利用EDA工具设计实现的DDS信号发生器,用于锯齿波、三角波及任意波形的产生。两组DDS均由主控制板统一管理,可以对输出波形的各项参数根据用户需要进行修改设置。
ARM处理器是近年高速发展起来的高性能32位嵌入式微控制器,凭借其低功耗、高性能,在32位嵌入式微控制器领域处于绝对的领先地位。任意信号发生器的控制核心是韩国Hynix半导体公司生产的基于ATM720T内核的处理器HMS30C7202,利用处理器提供的各种片内外设包括SDRAM、SRAM、UART、LCD、USB、矩阵键盘等控制器模块,可以设计出任意信号发生器的主控制电路。信号发生器硬件主要由控制器板、信号产生与调理板和电源模块组成。键盘和液晶显示均是由控制板引出。硬件系统中所涉及的原理与接口技术在文中都给出详细的说明与图解。
主控制电路在HMS30C7202处理器提供的硬件平台上可以实现的功能包括:各种信号的频率、幅度、相位、偏移等参数的修改;利用大屏幕TFTLCD显示屏与矩阵键盘构建友好人机界面,实现非常方便的用户操作与编程;可以通过硬件系统提供的通讯端口(USB或UART)实现系统软件的升级换代;利用CF存储卡接口,可以将存储在CF卡中的波形数据精确的还原输出,并可实现波形参数的修改,给出了实现这些功能的部分源程序。CF存储卡中波形数据可以由示波器采集信号的产生,也可以由PC机通过专用波形生成软件产生。波形数据的存取与访问是基于FAT16文件系统进行操作的,对FAT16文件系统的结构及数据访问的方法进行了较为详细的说明并给出了实现的部分源程序。最后对DDS技术和任意波形发生器技术做了进一步的展望。