本文關(guān)鍵詞：基于FPGA的任意波信號發(fā)生系統(tǒng)的軟件設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)

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【摘要】：隨著時(shí)代的不斷發(fā)展,任意波形信號發(fā)生器在電子測量、通信、工業(yè)、農(nóng)業(yè)、生物醫(yī)學(xué)等領(lǐng)域中的運(yùn)用越來越廣泛,而伴隨著大規(guī)模虛擬儀器技術(shù)的不斷推廣,任意波形發(fā)生器正朝著虛擬化、小型化、智能化、測試功能完整化的方向發(fā)展。本文在FPGA中采用PCI-e總線技術(shù)、直接頻率合成技術(shù)(DDS)設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)了基于FPGA的任意波信號發(fā)生系統(tǒng)。該系統(tǒng)基于PCI-e總線實(shí)現(xiàn)儀器的虛擬化,使用DDS技術(shù)實(shí)現(xiàn)任意波形的產(chǎn)生,在傳統(tǒng)任意波形發(fā)生器的基礎(chǔ)上提出了新的幅度偏置調(diào)節(jié)的方法并對波形輸出的雜散進(jìn)行了分析,并且提出使用相同大小的波形存儲(chǔ)空間實(shí)現(xiàn)不同的波形存儲(chǔ)的方法,提高了正弦波輸出的雜散性能。整個(gè)系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)了7種非調(diào)制波形(包括任意波形)和5種調(diào)制波形的輸出,系統(tǒng)具有虛擬化、小型化、智能化、測試功能完整化的特點(diǎn)。主要的研究內(nèi)容如下:首先對任意波形信號發(fā)生系統(tǒng)常用的關(guān)鍵技術(shù)進(jìn)行分析和選擇,確定使用DDS技術(shù)實(shí)現(xiàn)波形發(fā)生,使用PCI-e總線技術(shù)實(shí)現(xiàn)上下位機(jī)通信從而實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的儀器虛擬化。然后進(jìn)一步分析了DDS技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn)。根據(jù)系統(tǒng)功能要求確定本系統(tǒng)的總體方案設(shè)計(jì),包括采用哪種方案實(shí)現(xiàn)PCI-e總線的通信和DDS技術(shù)。接著對系統(tǒng)所設(shè)計(jì)的波形發(fā)生邏輯進(jìn)行了詳細(xì)描述,包括各種波形的實(shí)現(xiàn)原理和結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)。闡明如何實(shí)現(xiàn)波形頻率、相位、幅度、偏置的控制,對調(diào)制波AM如何實(shí)現(xiàn)調(diào)幅指數(shù)的控制,對FM如何實(shí)現(xiàn)最大頻偏的設(shè)置,對2FSK/2PSK如何實(shí)現(xiàn)調(diào)制波和載波的控制,對SWEEP如何實(shí)現(xiàn)掃描時(shí)間的控制等。在幅度控制中提出了新的幅度調(diào)節(jié)方法,在波形存儲(chǔ)中提出了針對相同大小的波形存儲(chǔ)空間實(shí)現(xiàn)不同的波形存儲(chǔ)方法。然后對DDS所固有的雜散進(jìn)行了分析,確定DDS雜散來源并對雜散進(jìn)行了MATLAB仿真,從仿真結(jié)果得出一般的消除雜散的方法,并提出本系統(tǒng)所采用的消除雜散的方法。最后對波形發(fā)生邏輯部分出現(xiàn)的波形毛刺現(xiàn)象進(jìn)行了原因分析并提出了解決方法。然后對本系統(tǒng)所設(shè)計(jì)的PCI-e通信接口邏輯進(jìn)行了詳細(xì)的描述,包括本系統(tǒng)所使用的PCI-e專用核的定制和用戶邏輯的設(shè)計(jì)。詳細(xì)描述了用戶邏輯中發(fā)送引擎、接收引擎、DMA控制器、讀請求單元和數(shù)據(jù)緩存五個(gè)單元的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)和主要功能。接著對本系統(tǒng)所設(shè)計(jì)的PCI-e通信接口邏輯進(jìn)行了測試,確定了數(shù)據(jù)傳輸?shù)恼_性和該系統(tǒng)所達(dá)到的PCI-e數(shù)據(jù)傳輸速率。最后對PCI-e事務(wù)層TLP包傳輸中常遇到的TLP序進(jìn)行了分析并提出解決方案。最后針對整個(gè)系統(tǒng)搭建系統(tǒng)測試平臺(tái),對系統(tǒng)輸出的波形種類、波形幅度、頻率、調(diào)制波以及系統(tǒng)的穩(wěn)定性進(jìn)行了測試。經(jīng)過測試表明整個(gè)系統(tǒng)工作穩(wěn)定,具有工程實(shí)用價(jià)值。
【關(guān)鍵詞】：任意波信號發(fā)生器 FPGA PCI-e DDS
【學(xué)位授予單位】：北京工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TM935;TN47
【目錄】：

• 摘要4-6
• Abstract6-11
• 第1章 緒論11-15
• 1.1 研究背景及意義11-12
• 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀12-13
• 1.3 論文研究內(nèi)容和組織結(jié)構(gòu)13-14
• 1.4 技術(shù)難點(diǎn)和關(guān)鍵問題14-15
• 第2章 任意波形發(fā)生系統(tǒng)技術(shù)方案及其理論基礎(chǔ)15-26
• 2.1 頻率合成技術(shù)15-17
• 2.1.1 直接頻率合成技術(shù)（DDS）15-16
• 2.1.2 直接頻率合成技術(shù)（DDS）的優(yōu)缺點(diǎn)16-17
• 2.2 PCI-e總線技術(shù)17-20
• 2.2.1 PCI-e總線的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)17-18
• 2.2.2 PCI-e總線的三層框架18-19
• 2.2.3 PCI-e總線的事務(wù)機(jī)制19
• 2.2.4 PCI-e總線的配置空間19-20
• 2.3 系統(tǒng)總體方案20-25
• 2.3.1 PCI-e通信模塊22-24
• 2.3.2 波形發(fā)生模塊24-25
• 2.4 本章小結(jié)25-26
• 第3章 波形發(fā)生邏輯設(shè)計(jì)26-56
• 3.1 系統(tǒng)邏輯26-28
• 3.2 命令解析28-30
• 3.3 任意波形的邏輯設(shè)計(jì)與實(shí)現(xiàn)30-42
• 3.3.1 正弦波、三角波、斜波、方波、噪聲、直流、任意波30-36
• 3.3.2 AM36-38
• 3.3.3 FM38-40
• 3.3.4 2FSK/2PSK40-41
• 3.3.5 SWEEP41-42
• 3.4 DDS雜散分析42-50
• 3.4.1 理想DDS頻譜42-43
• 3.4.2 相位截?cái)嘁鸬碾s散分析43-47
• 3.4.3 幅度量化引起的雜散分析47
• 3.4.4 DAC非線性引起的雜散分析47-48
• 3.4.5 系統(tǒng)雜散仿真48
• 3.4.6 改善雜散的方法48-50
• 3.5 波形毛刺分析及解決方案50-53
• 3.5.1 毛刺產(chǎn)生原因50-51
• 3.5.2 消除毛刺的解決方法51-53
• 3.6 本章小結(jié)53-56
• 第4章 PCI-e通信接.邏輯設(shè)計(jì)56-67
• 4.1 PCI-e核定制56-58
• 4.1.1 PCI-e核簡介56-57
• 4.1.2 PCI-e核設(shè)置57-58
• 4.2 PCI-e邏輯設(shè)計(jì)58-65
• 4.2.1 發(fā)送引擎59-60
• 4.2.2 接收引擎60-61
• 4.2.3 DMA控制器61-63
• 4.2.4 讀請求單元63
• 4.2.5 數(shù)據(jù)緩存63-65
• 4.3 PCI-e邏輯分析65-66
• 4.3.1 時(shí)序分析65-66
• 4.3.2 TLP序66
• 4.4 本章小結(jié)66-67
• 第5章 系統(tǒng)測試及分析67-76
• 5.1 波形種類測試68-70
• 5.2 波形頻率測試70-71
• 5.3 波形幅值測試71
• 5.4 調(diào)制信號測試71-75
• 5.4.1 AM信號測試72
• 5.4.2 FM信號測試72-73
• 5.4.3 2FSK信號測試73-74
• 5.4.4 2PSK信號測試74-75
• 5.5 系統(tǒng)穩(wěn)定性測試75
• 5.6 本章小結(jié)75-76
• 結(jié)論76-78
• 參考文獻(xiàn)78-81
• 攻讀碩士學(xué)位期間所取得的研究成果81-83
• 致謝83

【參考文獻(xiàn)】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前1條

1 朱偉杰;陸探;朱萬經(jīng);;FPGA的雙緩沖模式PCI Express總線設(shè)計(jì)[J];單片機(jī)與嵌入式系統(tǒng)應(yīng)用;2011年11期

中國碩士學(xué)位論文全文數(shù)據(jù)庫 前1條

1 侯冰;FPGA實(shí)現(xiàn)的PCI-E高速數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)[D];西安電子科技大學(xué);2012年

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本文編號：766424