1、虛擬儀器系統(tǒng) ,基于USB的任意波形發(fā)生器,提綱,研究意義及現(xiàn)狀 系統(tǒng)指標(biāo)及設(shè)計(jì)方案 系統(tǒng)硬件設(shè)計(jì) 系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì) 任意信號(hào)發(fā)生器測(cè)試效果,研究意義及現(xiàn)狀,傳統(tǒng)信號(hào)發(fā)生器,正弦波信號(hào)源,函數(shù)發(fā)生器,脈沖發(fā)生器,掃描發(fā)生器,針對(duì)特定應(yīng)用,產(chǎn)生波形種類有限,波形不可編程,虛擬任意波形發(fā)生器,綜合了其他信號(hào)源產(chǎn)生波形的能力 產(chǎn)生波形可編程控制 適用于各種仿真試驗(yàn)、教學(xué)實(shí)驗(yàn)等,NI-5421 100MS/s 16位任意波形發(fā)生器,利用插值可達(dá)400MS/s有效采樣率 SFDR接近91db 8、32或256MB的板載內(nèi)存 16位LVDS數(shù)字模擬輸出 具有波形連接與循環(huán)的功能,NI-5421 40MS/s

2、任意波形發(fā)生器,40MS/s更新速率 12位分辨率/60dB SFDR 16MHz正弦波輸出 波形連接與循環(huán) 4或16MB板載內(nèi)存,NI-5404 100MS/s 時(shí)鐘和頻率發(fā)生器,可生成9KHz100M正弦波 生成直流100MHz采樣時(shí)鐘頻率 1.07uHz的頻率分辨率 12位幅值分辨率,NI-5401 16MHz函數(shù)發(fā)生器,16MHz正弦波 1MHz方波,三角波,斜波產(chǎn)生 9.13mHz頻率分辨率 40MS/s更新速率 12位幅值分辨率,基于PCI總線 16個(gè)模擬輸入的程控放大器 1個(gè)12位的A/D轉(zhuǎn)換器 (200KS/s) 2個(gè)12位的D/A轉(zhuǎn)換器(10KS/s) 2個(gè)24位的定時(shí)/計(jì)數(shù)

3、器 8個(gè)TTL電平的數(shù)字I/O端口.,NI-PCI 6024E 多功能數(shù)據(jù)采集卡,系統(tǒng)設(shè)計(jì)指標(biāo),USB通信接口，實(shí)現(xiàn)即插即用 具有函數(shù)發(fā)生器和任意波形發(fā)生的功能 輸出波形頻率:0.01Hz100KHz 頻率分辨率:0.01Hz 垂直分辨率:16位 波形幅度：05 Vpp 波形存貯容量:32K 采用LabVIEW或LabScene作為上層軟件 微型,低功耗,無需外部電源，工作電流500mA,系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案,直接頻率合成技術(shù)（DDS）,參考 頻率源,頻率 累加器,波形 存儲(chǔ)器,D/A 轉(zhuǎn)換器,低通 濾波器,頻率 控制字,信號(hào) 輸出,將一個(gè)正弦信號(hào)取樣、量化、編碼，形成一個(gè)正弦函數(shù)表存于存儲(chǔ)器中， 通

4、過改變相位累加器的頻率控制字來改變相位增量，并將變化的相位/幅值 量化的數(shù)字信號(hào)通過/轉(zhuǎn)換器及低通濾波器即可得到合成的模擬信號(hào)。,波形數(shù)據(jù),控制字,控制字,直接數(shù)字合成芯片正是采用了這種方案，產(chǎn)生正弦波 該方法的缺點(diǎn)是：由于是抽點(diǎn)，難免會(huì)丟失波形的某些細(xì)節(jié)，很難做到 任意波形發(fā)生 該方法的優(yōu)點(diǎn)是：可以產(chǎn)生頻率很高的規(guī)則波形，而且相位連續(xù),系統(tǒng)設(shè)計(jì)方案,掃描發(fā)生技術(shù),可變 時(shí)鐘,波形 存儲(chǔ)器,D/A 轉(zhuǎn)換器,低通 濾波器,信號(hào)輸出,將一個(gè)任意波形信號(hào)取樣、量化、編碼，形成數(shù)字量， 存于存儲(chǔ)器中，通過系統(tǒng)時(shí)鐘按地址逐個(gè)掃描，改變 掃描頻率就可以得到不同頻率的輸出，再通過/轉(zhuǎn) 換器及濾波器即可得到任

5、意波形的信號(hào)。,本系統(tǒng)采用該方案實(shí)現(xiàn)任意波形發(fā)生器該方案的缺點(diǎn)是：輸出頻率不夠高,系統(tǒng)設(shè)計(jì)框圖,可變時(shí)鐘生成 (AD9850),CPLD 邏輯控制模塊,USB接口 通信模塊,D/A變換 MAX5541,微控制器 89S52,放大 濾波,應(yīng)用程序 (LabVIEW/ LabScene),out,波形存儲(chǔ)器 (62256),掃描時(shí)鐘發(fā)生AD9850,AD9850是AD公司生產(chǎn)的DDS芯片 ，32bits頻率控制字,5bit相位調(diào)制,具有簡(jiǎn)化的控制接口（并行或串行輸入）。32位相位累加器，截?cái)喑?4位，輸入正弦查詢表，查詢表輸出截?cái)喑?0位，輸入到位DAC。 并集成了高速比較器，能實(shí)現(xiàn)全數(shù)字編程控制

6、的頻率合成器和時(shí)鐘發(fā)生器，其最高輸出可達(dá)M,AD9850功能框圖,AD9850管腳圖,AD9850控制時(shí)序,W_CLK、FQ_UD控制信號(hào)由CPLD內(nèi)部產(chǎn)生；總線DATA在W_CLK上升沿將數(shù)據(jù)裝入寄存器，40位需重復(fù)5次。最后在FQ_UD上升沿把40位數(shù)據(jù)從輸入寄存器裝入到頻率、相位及控制數(shù)據(jù)寄存器。,D/A轉(zhuǎn)換MAX5541,D/A轉(zhuǎn)換器的選擇 D/A轉(zhuǎn)換器是整個(gè)系統(tǒng)的核心器件，波形信號(hào)的質(zhì)量取決于其分辨率和數(shù)據(jù)輸出速率。其制約關(guān)系為： 1. D/A的分辨率越高，則高次諧波的分量越小； 2. 一周期的數(shù)據(jù)點(diǎn)數(shù)越多，模擬信號(hào)越平滑； 3. 一周期數(shù)據(jù)點(diǎn)數(shù)多，則信號(hào)所能達(dá)到的最高頻率降低； 4

7、. D/A的輸出速率越高，波形平滑度越好，一般情況下并 行D/A的輸出速率高，控制方便，但是價(jià)格高，占用的I/O也多；,綜合上述因素，本設(shè)計(jì)采用了MAXIM公司的MAX5541， 它是16位D/A，2.5V外部基準(zhǔn)，02.5V電壓輸出，10MHz 三線式串行總線接口，1us的信號(hào)建立時(shí)間。,MAX5541轉(zhuǎn)換控制時(shí)序,每次輸入16位數(shù)據(jù)，CS低電平有效，SCLK上升沿鎖存每位數(shù)據(jù)，CS上升沿將全部數(shù)據(jù)鎖存，啟動(dòng)一次數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換,USB通信接口設(shè)計(jì),USB接口介紹 USB硬件開發(fā) USB固件程序開發(fā) 特點(diǎn)：,PC驅(qū)動(dòng)程序開發(fā),系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì),LABVIEW編程,系統(tǒng)軟件設(shè)計(jì),函數(shù)波形數(shù)據(jù)生成 任意波形

8、數(shù)據(jù)生成 頻率控制 數(shù)據(jù)傳輸,函數(shù)波形數(shù)據(jù)生成,正弦波 方波 三角波 鋸齒波 直流,正弦波數(shù)據(jù)生成,方波波數(shù)據(jù)生成,三角波數(shù)據(jù)生成,鋸齒波數(shù)據(jù)生成,直流數(shù)據(jù)生成,任意波形數(shù)據(jù)生成,波形數(shù)據(jù),手寫板,最大值,最小值,頻率控制,由于掃描時(shí)鐘頻率，D/A轉(zhuǎn)換速率和一個(gè)周期波形數(shù)據(jù)的點(diǎn)數(shù)，這個(gè)因數(shù)是相互制約的為了使輸出波形達(dá)到最高指標(biāo)，這者要協(xié)調(diào)考慮 對(duì)于任意波形發(fā)生，用戶需要指定一個(gè)周期波形的點(diǎn)數(shù)，再結(jié)合輸出頻率計(jì)算出掃描頻率,對(duì)于函數(shù)波形發(fā)生，用戶只要選擇波形種類和輸出頻率，幅度，偏置，占空比等參數(shù)，不必要輸入一個(gè)周期的點(diǎn)數(shù)，由軟件確定最佳點(diǎn)數(shù)具體過程是：先根據(jù)系統(tǒng)允許的最高掃描頻率除以用戶設(shè)置的輸出頻率，計(jì)算出一個(gè)周期的點(diǎn)數(shù)，但結(jié)果可能是小數(shù)，所以要將其四舍五入，所得的結(jié)果是最佳點(diǎn)數(shù)在重新根據(jù)這個(gè)最佳點(diǎn)數(shù)和用戶設(shè)置的輸出頻率，算出掃描頻率 比如系統(tǒng)允許的最高掃描頻率在500K左右，現(xiàn)要輸出1.5KHz的正弦信號(hào)，計(jì)算得一個(gè)周期需要 1.5K333.33個(gè)點(diǎn)，那么取一個(gè)周期333個(gè)點(diǎn)是最佳點(diǎn)數(shù)則掃描頻率 1.5KHz333499.5K,數(shù)據(jù)傳輸,上層應(yīng)用程序通過往底層送數(shù)據(jù)包與板卡建立通信.每個(gè)數(shù)據(jù)包最多64個(gè)字節(jié) ,LabVIEW面板,LabScece面板,測(cè)試