【摘要】：函數(shù)發(fā)生器是一種在測(cè)試測(cè)量中廣泛應(yīng)用的多波形信號(hào)源,在各類研發(fā)、測(cè)試領(lǐng)域有著舉足輕重的地位。因此,設(shè)計(jì)一款精確度高、穩(wěn)定性好、靈活便捷的函數(shù)發(fā)生器具有很高的應(yīng)用價(jià)值。 目前市面上已有的函數(shù)發(fā)生器種類很多,功能齊全,但是價(jià)格昂貴,且對(duì)于偽隨機(jī)信號(hào)等某些特殊需求的激勵(lì)信號(hào)無法實(shí)現(xiàn)。針對(duì)生物電子殺滅、食品安全檢測(cè)等項(xiàng)目的實(shí)際需求,本文設(shè)計(jì)了一種基于FPGA的復(fù)雜函數(shù)發(fā)生器,研究了設(shè)計(jì)方案的可行性,探討了利用直接數(shù)字頻率合成原理實(shí)現(xiàn)任意波形輸出的方法,設(shè)計(jì)了系統(tǒng)外圍硬件電路,分析了2~n系列偽隨機(jī)信號(hào)的特點(diǎn)并實(shí)現(xiàn)函數(shù)發(fā)生器的輸出,綜合圖像處理知識(shí)完成了任意手繪波形的還原輸出,進(jìn)行MATLAB與Quartus相結(jié)合的仿真驗(yàn)證。 本文共分為六章: 第一章分析了頻率合成技術(shù)的發(fā)展趨勢(shì),介紹了可編程邏輯器件的發(fā)展與應(yīng)用現(xiàn)狀,說明了研制基于FPGA函數(shù)發(fā)生器的意義,指出了本文的研究背景和主要內(nèi)容。 第二章重點(diǎn)介紹了直接數(shù)字頻率合成器( Direct Digital Frequency Synthesizer,DDS)的基本結(jié)構(gòu)和實(shí)現(xiàn)原理,分析了DDS系統(tǒng)的主要性能,比較了實(shí)現(xiàn)頻率合成的不同方法,確定了本文的設(shè)計(jì)方案。 第三章主要介紹了系統(tǒng)外圍硬件電路的設(shè)計(jì),包括FPGA配置電路、數(shù)模轉(zhuǎn)換模塊、選擇性濾波電路和功率放大電路。 第四章介紹了FPGA的邏輯控制部分,完成了時(shí)鐘控制模塊設(shè)計(jì),設(shè)計(jì)了流水線相位累加器,最終實(shí)現(xiàn)了正弦波、三角波、鋸齒波、矩形波、2~n系列偽隨機(jī)信號(hào)、任意手繪波形等各種頻率信號(hào)的輸出。 第五章進(jìn)行了信號(hào)仿真驗(yàn)證,詳細(xì)分析了信號(hào)雜散和系統(tǒng)誤差,總結(jié)了各類誤差對(duì)系統(tǒng)輸出精度的影響。 最后結(jié)論部分總結(jié)了本文的創(chuàng)新和不足。 以直接數(shù)字頻率合成為基本原理,基于FPGA設(shè)計(jì)的復(fù)雜函數(shù)信號(hào)發(fā)生器針對(duì)生物電子殺滅和食品安全檢測(cè)等項(xiàng)目需求,實(shí)現(xiàn)2~n系列偽隨機(jī)信號(hào)以及任意手繪波形的輸出,完善現(xiàn)有函數(shù)發(fā)生器的不足,還具有成本低、功耗低、開發(fā)周期短、設(shè)計(jì)靈活等優(yōu)點(diǎn),具有很好的實(shí)用價(jià)值和廣闊的應(yīng)用前景。
【圖文】：

LTC1821是一款具有16位并行數(shù)字接口的電壓輸出型D/A轉(zhuǎn)換器，具有以下特點(diǎn)[37]：（1）有單極性和雙極性兩種工作模式，單極性輸出電壓為-10~0V或0~+10V，，雙極性輸出電壓為-10~+10V；（2）電源電壓范圍寬，在±5~±15V的電壓變化范圍內(nèi)均能正常工作；（3）轉(zhuǎn)換精度高，在整個(gè)工業(yè)溫度范圍內(nèi)，兩種工作模式的積分非線性和微分非線性誤差均不超過1LSB；（4）具備極強(qiáng)的抗干擾能力，其內(nèi)部包含的限變器電路能將干擾脈沖減少到小于2nV·s；（5）快速的建立性能，滿度輸出范圍為10V時(shí)，輸出達(dá)到1LSB的時(shí)間小于2μs；（6）可異步輸人清零，引腳CLR能將輸出直接復(fù)位到零。LTC1821芯片含有一個(gè)片內(nèi)精密高速放大器，與反饋電阻結(jié)合形成一個(gè)精密電流電壓轉(zhuǎn)換器。這樣設(shè)計(jì)的優(yōu)點(diǎn)是零點(diǎn)偏移小、噪聲低、建立速度快，可滿足系統(tǒng)輸出精度高、輸出響應(yīng)速度快等性能要求。

MAX6043是一款精密的溫度范圍為-40~+125℃，能提供精確+10V的基準(zhǔn)電壓，輸入電壓最高可達(dá)校正電路以及激光調(diào)理薄膜電阻，可）和極高的初始精度（0.05%最大值），高分辨率A/D或D/A轉(zhuǎn)換器。MAX604F容性負(fù)載下仍可保持穩(wěn)定工作。由于的應(yīng)用場(chǎng)合節(jié)省空間資源，并且與電的高性能系統(tǒng)。運(yùn)放的反饋電容提供頻率補(bǔ)償，減小以保持運(yùn)放的穩(wěn)定；U3提供穩(wěn)定的參中間點(diǎn)，U4提供REF引腳的驅(qū)動(dòng)。由穩(wěn)定度，在電源和地之間接去耦電容。VCCU2U1
【學(xué)位授予單位】：湖南大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2011
【分類號(hào)】：TP346;TN791

【參考文獻(xiàn)】

相關(guān)期刊論文 前10條

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2 劉金亮;直接數(shù)字頻率合成技術(shù)實(shí)現(xiàn)研究[D];北京交通大學(xué);2008年

本文編號(hào)：2612880