USB总线任意波形发生器的研究

摘要

随着计算机和微电子技术在测量中的应用以及众多领域对波形信号的要求，任意波形发生器越来越成为测量领域内研究的焦点。目前国内外均采用了直接数字合成技术DDS(Direct Digital Synthesis)来实现任意波形发生器，直接数字合成技术采用全数字的合成方法，所产生的信号具有频率分辨率高、频率切换速度快、频率切换时相位连续、输出相位噪声低和可以产生任意波形等诸多优点。USB是应用在PC领域内的新型接口技术，作为外设的通用接口，具有传输速度快、支持热插拔、具有较强的纠错能力、具有自动探测设备的功能等特点。 本文的研究工作为基于USB接口的任意波形发生器的研究。全面的分析任意波形发生器设计技术和USB接口设计技术，给出了基于USB接口、应用DDS技术的任意波形发生器的设计原理和实现方法。 本论文首先介绍了任意波形发生器的发展概况，然后阐述了USB通信协议和DDS技术，最后给出了任意波形发生器的硬件和软件设计方法，采用FPGA实现了DDS功能，分析了模拟通道的设计，重点介绍了滤波器、幅值控制的设计。对USB驱动设计，固件编程做了相应的分析。 本文提出的这种任意波形发生器的设计方法，使用速度相对较低、价格也较便宜的元器件达到输出较高频率的任意波形的目的。

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致谢

1 绪论

1.1任意波形发生器发展概况

1.2 USB总线在虚拟仪器中的应用

1.3课题研究意义及主要研究内容

2 USB总线概述

2.1 USB的概念及其特点

2.2 USB硬件连接

2.3 USB硬件连接

2.4 USB总线的传输协议

2.4.1 USB数据包结构

2.4.2 USB的封包格式

2.4.3 USB的传输类型

2.5 USB总线枚举

2.5.1 USB的传输类型

2.5.2总线枚举

3 系统分析和整体设计

3.1系统设计分析

3.2直接数字合成波形的基本概念及原理

3.2.1信号参数转化为数字参数

3.2.2信号参数转化为连续波形信号

3.2.3 DDS电路实现

3.3 USB接口设计分析

3.4波形存储器设计分析

3.5模拟通道设计分析

3.5.1滤波电路分析

3.5.2衰减电路分析

4 任意波形发生器硬件设计

4.1 USB总线接口电路设计

4.1.1 USB接口芯片介绍

4.1.2微控制器P89V51RD2介绍

4.1.3 USB接口电路设计

4.2AWG波形发生电路设计

4.2.1控制电路设计

4.2.2相位累加器的设计

4.2.3频率控制电路设计

4.2.4波形存取电路设计

4.2.5 D/A电路设计

4.3模拟通道的设计

4.3.1幅度控制电路设计

4.3.2滤波电路设计

4.3.3信号输出电路设计

5 任意波形发生器软件设计

5.1 USB接口软件设计

5.1.1 USB接口驱动程序

5.1.2单片机固化程序

5.2虚拟面板设计

5.3硬件插卡程序

6 结束语

参考文献

附录

作者简历