基于虚拟仪器技术的信号发生器设计

摘要

在当代测试领域当中,信号发生器是一种被普遍应用的通用仪器:在仪器发展历史上,一个具有重要的意义的时间点就是虚拟仪器技术的诞生,不仅代表了测试仪器技术的发展未来前景,更代表了方向。虚拟仪器技术拥有性能强、开发周期短、拓展性强以及易于集成这些优势;而现场可编程门阵列(FPGA)是一种半定制的电路,这种电路是比定制电路更具有灵活性,而门电路数又比原来的可编程器件更多;直接数字频率合成(DDS)技术是全新一代的数字化频率合成技术,它拥有速度高和精度大的优点;基于虚拟仪器技术的信号发生器与传统硬件电路设计的波形发生器相比拥有高的稳定性、小的功耗和大的灵活性等优点。
　　本文的主要工作是充分运用以上几种先进技术,利用虚拟仪器技术设计的一个信号发生器,通过基于FPGA的下位机和VC++6.0上位机的配合使之能够输出8种固定波形和自定义波形,同时要求操作简单方便,而且能够在此平台上进行拓展开发。文中对系统的整体结构和所用到的芯片及技术进行了简单的介绍,然后从硬件电路、软件程序以及系统测试等几个方面进行了论述。
　　论文首先介绍了,运用直接数字频率合成(DDS)技术设计一个信号发生器的方法和优点以及现场可编程门阵列(FPGA)技术的发展现状。讨论了利用FPGA设计一个DDS信号发生器的优势,quartusI I的设计思想以及特点。
　　其次,对整体设计的硬件电路以及用到的芯片的特点等,进行了具体论述,并使用虚拟仪器技术(vC++6.0)设计了一个上位机,来实现对硬件电路的控制并发生波形。
　　最后,对整体设计进行了系统性的调试,包括上位机的软件与下位机硬件部分的测试。结果表明,该信号发生r器的设计达到了预期的目的,同时对基于虚拟仪器信号发生器的优缺点进行了分析总结,并对不足的地方提出了改进。

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1 绪论

1.1 研究课题的提出和意义

1.2 信号波形发生器的发展概况及现状

1.3 虚拟仪器技术的基本概念

1.4 本章小结

2 DDS的基本原理及频谱分析和FPGA的设计结构特点

2.1 直接数字频率合成技术（DDS）的原理及结构

2.2 直接数字频率合成技术（DDS）的特点

2.3 DDS频谱特性分析

2.4 现场可编程门阵列（FPGA）的简介

2.5 硬件描述语言Verilog HDL及开发环境介绍

2.6 Verilog HDL设计流程及介绍

2.7 Quartus II介绍

2.8 本章小结

3 系统硬件电路设计

3.1 整体方案

3.2 FPGA器件的选择

3.3 FPGA硬件电路部分及整体结构设计

3.4 本章小结

4 系统上位机软件设计

4.1 Visual C++6.0介绍

4.2 MFC介绍

4.3 上位机的设计

4.4 自定义波产生功能

4.5 固定波形产生功能

4.6 本章小结

5 调试及实验结果

5.1 USB设备的识别

5.2 固定波形产生

5.3 自定义波形产生

5.4 结果分析

5.5 本章小结

6 总结与展望

6.1 总结

6.2 展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文情况