任意波形發(fā)生器的電路設計與實現(xiàn)共3篇任意波形發(fā)生器的電路設計與實現(xiàn)1任意波形發(fā)生器是一種電子設備，用于產(chǎn)生各種波形信號。這樣的設備通常用于測試、測量、校準和研究等應用領域。任意波形發(fā)生器可以生成各種波形，包括正弦波、方波、三角波、鋸齒波、噪聲等。

本文將介紹一種基于數(shù)字信號處理技術(shù)的任意波形發(fā)生器設計方案。

電路設計

下圖是基于FPGA的任意波形發(fā)生器的電路設計示意圖。


數(shù)字部分

數(shù)字部分包括FPGA、存儲器和數(shù)字信號處理器等。FPGA是一種可編程邏輯門陣列，可以被編程為實現(xiàn)任意邏輯功能。本文選用了XILINX的FPGASpartan-6作為主控芯片。

該FPGA通過總線訪問實現(xiàn)與存儲器之間的數(shù)據(jù)交換。存儲器主要是用于存儲波形的數(shù)據(jù)。本文采用了EEPROM，它具有容量大、非揮發(fā)性等特點。

數(shù)字信號處理器主要用于生成不同種類的波形。本文選用AD9833芯片，它是一款含有12位DAC的DDS（直接數(shù)字合成）電路，可以產(chǎn)生各種不同的波形。

模擬部分

模擬部分主要包括FPGA和低通濾波器。FPGA產(chǎn)生的波形信號經(jīng)過低通濾波器進行濾波處理，使得輸出的波形信號更加平滑。本文采用了RC低通濾波器，其截止頻率可以通過分頻器進行調(diào)節(jié)。

實現(xiàn)

實現(xiàn)任意波形發(fā)生器的關(guān)鍵是如何生成復雜的波形信號。在本設計中，數(shù)字信號處理器AD9833扮演了重要的角色。AD9833通過生成不同頻率、相位和幅度的正弦波和余弦波來產(chǎn)生任意波形信號。

下面是一個簡單的C語言代碼示例，用于生成一個正弦波：

```

unsignedshortdac=0;

unsignedlongfreq=1000;

unsignedlongphase=0;

unsignedshortamp=2048;

unsignedlongdelta=(unsignedlong)(freq*(double)(1UL<<28)/50000000.0);

while(1){

dac=(unsignedshort)(amp*sin(2*3.14*(double)(phase>>2)/(double)(1UL<<28))+2048);

SendToAD9833(dac);

phase+=delta;

}

```

在此代碼中，freq是波形的頻率，amp是波形的幅度，delta是相鄰兩個采樣點之間相位的增量。在循環(huán)中，生成一個正弦波，并將其發(fā)送到AD9833進行數(shù)字合成，從而形成任意波形信號。

結(jié)論

本文介紹了一種基于數(shù)字信號處理技術(shù)的任意波形發(fā)生器設計方案。采用FPGA、存儲器和數(shù)字信號處理器等組件，可以生成各種類型的波形信號，如正弦波、方波、三角波、鋸齒波、噪聲等。此外，通過濾波器將數(shù)字信號轉(zhuǎn)換為模擬信號，可以得到更加平滑的波形信號。該方案具有容易實現(xiàn)、精度高等優(yōu)點，可以用于測試、測量、校準和研究等多個領域。任意波形發(fā)生器的電路設計與實現(xiàn)2任意波形發(fā)生器是一種能夠產(chǎn)生多種波形的信號源。它可以產(chǎn)生正弦、方波、三角波、鋸齒波等多種形態(tài)，且具備可調(diào)頻率、相位、幅度等可調(diào)參數(shù)。任意波形發(fā)生器廣泛應用于電子學、通信、醫(yī)療、航空、地球物理等領域。

一、基本結(jié)構(gòu)

任意波形發(fā)生器的基本結(jié)構(gòu)包括：

1.波形發(fā)生器；

2.數(shù)字信號處理器（DSP）；

3.數(shù)字到模擬轉(zhuǎn)換器（DAC）；

4.時鐘源（參考信號）。

其中，波形發(fā)生器、數(shù)字信號處理器和數(shù)字到模擬轉(zhuǎn)換器是任意波形發(fā)生器的核心部分。

二、波形發(fā)生器

波形發(fā)生器是任意波形發(fā)生器的信號源，其作用是產(chǎn)生各種不同的周期性信號。波形發(fā)生器的輸入端通常接收一個參考信號，并將參考信號轉(zhuǎn)換成各種周期性信號。波形發(fā)生器的輸出端輸出一個矩形波或鋸齒波等脈沖信號，其特點是具有很高的占空比和較寬的帶寬。

波形發(fā)生器包括數(shù)字波形發(fā)生器和模擬波形發(fā)生器兩種類型。數(shù)字波形發(fā)生器采用數(shù)字電路實現(xiàn)，可以通過控制數(shù)字回路的參數(shù)，如計數(shù)器的計數(shù)值，來實現(xiàn)不同形狀的波形，具有頻率穩(wěn)定性好、可編程化、調(diào)節(jié)范圍廣等優(yōu)點。模擬波形發(fā)生器則采用模擬電路實現(xiàn)，其輸出波形具有良好的質(zhì)量和穩(wěn)定性，但難以實現(xiàn)可編程化。

三、數(shù)字信號處理器

數(shù)字信號處理器（DSP）可以實現(xiàn)數(shù)字信號的處理。任意波形發(fā)生器中的數(shù)字信號傳入DSP后，通過內(nèi)部算法對信號進行處理，然后將處理后的信號傳遞給數(shù)字到模擬轉(zhuǎn)換器進行數(shù)字信號到模擬信號的轉(zhuǎn)換。其中算法的復雜度不同，可以實現(xiàn)不同的信號處理功能。

四、數(shù)字到模擬轉(zhuǎn)換器

數(shù)字到模擬轉(zhuǎn)換器（DAC）是任意波形發(fā)生器的又一核心部分，其作用是將數(shù)字信號轉(zhuǎn)換成模擬信號。DAC是數(shù)字信號與模擬信號的重要接口，其質(zhì)量影響著輸出波形的質(zhì)量。DAC的主要參數(shù)包括分辨率、采樣率、輸出電平范圍、非線性誤差等。在實際應用中，需要就DAC的參數(shù)做出權(quán)衡，以達到滿足設計要求的最佳性能。

五、時鐘源

時鐘源是任意波形發(fā)生器的參考信號源，主要是為波形發(fā)生器提供準確的時間基準，在數(shù)字信號處理器和數(shù)字到模擬轉(zhuǎn)換器中要求精準的時序控制和同步，以保證輸出波形的穩(wěn)定性和準確性。時鐘源一般采用TCXO、OCXO、GPS等實現(xiàn)，也有采用晶振等簡單器件實現(xiàn)的。

六、電路設計

任意波形發(fā)生器的電路設計首先要考慮的是波形發(fā)生器的設計。以數(shù)字波形發(fā)生器為例，數(shù)字波形發(fā)生器可以采用DDS（DirectDigitalSynthesizer）技術(shù)實現(xiàn)。DDS技術(shù)是一種廣泛應用于數(shù)字信號處理領域的技術(shù)，用于數(shù)字信號頻率合成。DDS技術(shù)的基本工作原理是將一個固定頻率的時鐘源輸入到計數(shù)器中，然后將計數(shù)器的輸出作為ROM表的地址輸入，將ROM表中存儲的幅度值讀出作為輸出信號的幅度值。通過改變ROM表中的數(shù)值，可以實現(xiàn)產(chǎn)生不同的波形。

具體實現(xiàn)時，DDS芯片可以采用AD9851等商用芯片，其最大時鐘頻率為180MHz。AD9851的控制接口包括SPI和串行（SSB）。通過SPI接口，可以向AD9851的各個寄存器中寫入所需要的頻率、相位和幅度等參數(shù)，從而實現(xiàn)不同形狀波形的產(chǎn)生。

在實現(xiàn)時，利用CPLD（ComplexProgrammableLogicDevice）實現(xiàn)SPI接口的控制器。這種方式可以大大降低系統(tǒng)中各接口的復雜度，并且具有良好的可擴展性和可編程性。

七、實現(xiàn)

采用FPGA實現(xiàn)任意波形發(fā)生器，其主要優(yōu)點是具備高效、可編程性及穩(wěn)定可靠特點，能夠在一片芯片上完成多種邏輯電路和算法的設計，從而達到更好的性能。同時，F(xiàn)PGA的開發(fā)工具和語言也非常成熟，如Verilog、VHDL等，可以實現(xiàn)高度定制化的設計，大大提高了開發(fā)效率。

以FPGA為例，可以設計一個DDSIP核進行波形生成，通過FPGA與DAC芯片進行連接，實現(xiàn)數(shù)字信號到模擬信號的轉(zhuǎn)換?？梢圆捎肬SB接口實現(xiàn)與PC的通訊，向電腦軟件發(fā)送數(shù)字信號進行波形控制和波形顯示。

八、總結(jié)

任意波形發(fā)生器是一種高性能、可編程性強、穩(wěn)定可靠的信號源。其電路設計需要考慮到多個實現(xiàn)部分的協(xié)同工作，在保持控制復雜度的前提下，優(yōu)化系統(tǒng)的穩(wěn)定性、可擴展性和性能，從而滿足不同信號的產(chǎn)生要求。借助現(xiàn)有的數(shù)字電路和FPGA技術(shù)，可以使得任意波形發(fā)生器更好地服務于通信、醫(yī)療、航空、地球物理等各種領域，發(fā)揮出更大的應用價值。任意波形發(fā)生器的電路設計與實現(xiàn)3一、前言

波形發(fā)生器是在電子、通信、自動控制、計算機等領域廣泛應用的一種儀器設備。它能夠產(chǎn)生不同種類、不同頻率、不同幅度的電信號，并在實際應用中起到非常重要的作用。

本文將介紹一種基于集成電路設計、能夠產(chǎn)生各種任意波形的波形發(fā)生器電路，并給出具體的實現(xiàn)方案和設計流程。

二、電路分析

1.系統(tǒng)框圖

本電路的系統(tǒng)框圖如下圖所示：


2.器件介紹

該波形發(fā)生器電路采用的主要器件有：

1）AD9833高精度波形發(fā)生器芯片

2）STM32F103C8T6單片機

3）1.8寸彩屏

4）10kHZCrystalCrystalXTAL

5）電容：100nF、1uF、10uF

6）電阻：100歐姆、2.2千歐姆、4.7千歐姆、10千歐姆、47千歐姆、100千歐姆

3.電路原理

該波形發(fā)生器電路的核心部分是AD9833高精度波形發(fā)生器芯片，用于產(chǎn)生各種波形信號。STM32F103C8T6單片機通過SPI接口與AD9833芯片通訊，控制波形的頻率和幅度。

1）AD9833高精度波形發(fā)生器芯片

AD9833是AnalogDevices公司推出的一款高精度波形發(fā)生器芯片，它能夠產(chǎn)生0到12.5MHz的正弦波、三角波和方波等信號，可通過外部控制輸出波形的頻率和幅度。在本電路中，AD9833芯片被用作波形發(fā)生器，產(chǎn)生不同種類、不同頻率、不同幅度的波形信號。

2）STM32F103C8T6單片機

STM32F103C8T6是一款32位ARMCortex-M3內(nèi)核的嵌入式微控制器，具有高性能和低功耗等優(yōu)點。在本電路中，STM32F103C8T6單片機用于控制AD9833芯片的波形輸出，通過SPI接口與AD9833芯片通訊，實現(xiàn)波形信號的生成和控制。

3）1.8寸彩屏

1.8寸彩屏用于顯示波形的實時變化情況，方便用戶觀察波形信號的頻率、幅度等參數(shù)。

4）10kHZCrystalCrystalXTAL

10kHZCrystalCrystalXTAL是用于提供系統(tǒng)時鐘的晶體振蕩器，保證波形發(fā)生器電路工作的時間精度和穩(wěn)定性。

5）電容和電阻

電容和電阻是波形發(fā)生器電路中常用的被動元件，通過不同的組合方式和數(shù)值配合，能夠產(chǎn)生不同種類、不同頻率、不同幅度的波形信號。

三、電路實現(xiàn)

1.元件布局

電路的元件布局如下圖所示：


2.程序設計

本電路中的主控芯片STM32F103C8T6單片機使用Keil嵌入式開發(fā)環(huán)境進行程序設計，程序代碼如下：

[詳細代碼](/WilburTian/