智能三通道相位跟踪任意波形发生器研究

论文摘要

任意波形发生器(Arbitrary Waveform Generator简称AWG)是一种常用信号源,是现代电子测试领域内应用最为广泛的常用仪器之一。由于它可以产生包括各种理想及非理想的波形信号,因此广泛用于通信、雷达、导航、宇航等领域。AWG除了可以产生纯净的正弦波、方波、三角波等常规波形外,也可以产生线性调频、调相、调幅信号以及程控占空比的低占空比方波,还可以根据用户测试需求生成任意波形和噪声信号。AWG输出信号的灵活性使之成为系统综合测试中不可缺少的组成部分。本文研究的是一种基于直接数字合成技术(DDS,Direct Digital Synthesis)的新型任意波形发生器系统。DDS技术产生于二十世纪七十年代,是一种先进的频率合成技术,其主要优点是易于程控,相位连续,输出频率稳定度高、范围宽、分辨率高,是任意波形发生器研究的一个重要方向。本文主要讨论了DDS系统的基本组成、工作原理和特点,论述了信号发生器的设计思路与设计流程,也对应用DDS技术合成信号的频谱杂散性作了分析,给出了改善合成信号频谱纯度的方法与思路。本文选择基于C8051F120微处理器的嵌入式系统与DDS专用芯片AD9854来实现信号的产生与输出。C8051F120拥有高速、低功耗、多功能、高性价比等诸多优异的性能,适于作为仪器的主控制芯片。本文从工程应用的角度出发,深入研究基于C8051F120嵌入式系统、以DDS技术为核心的任意波形发生器技术,并设计了一个实际任意波形发生器,阐述了相关软/硬件开发过程,给出了任意波形发生器系统框图、电路框图、电路原理图、软件流程图、电路板,介绍了任意波形编辑软件的开发流程。通过测试,证明本任意波形发生器基本了预期的设计要求。最后,对全文的主要研究内容进行了总结,分析了设计过程中遇到的问题及存在的不足之处,给出了主要研究结论和今后的努力方向。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 目录
• 第一章 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 任意波形发生器的主要功能及性能指标
• 1.3 任意波形发生器现状及发展趋势
• 1.4 研究的目的和意义
• 1.5 本文的主要工作
• 1.6 本章小结
• 第二章 任意波形发生器的理论分析
• 2.1 任意波形发生器工作原理概述
• 2.2 DDS技术原理
• 2.2.1 DDS技术原理
• 2.2.2 DDS技术特点
• 2.3 DDS合成信号的频谱分析
• 2.3.1 理想DDS的频谱分析
• 2.3.2 非理想情况下的DDS的频谱分析
• 2.4 利用DDS技术产生任意波形的原理
• 2.5 本章小结
• 第三章 基于C8051F120的嵌入式系统开发
• 3.1 嵌入式系统简介
• 3.2 嵌入式系统的特点及开发流程
• 3.3 本系统所用的开发技术
• 3.3.1 硬件开发环境简介
• 3.3.2 软件开发环境简介
• 3.4 本章小结
• 第四章 任意波形发生器的硬件构成与分析
• 4.1 任意波形发生器的总体设计方案
• 4.2 任意波形发生器的硬件构成原理
• 4.3 控制电路设计
• 4.3.1 C8051F120芯片及外围电路
• 4.3.2 键盘及显示模块
• 4.3.3 信号采样模块
• 4.3.4 串行数据通信模块
• 4.3.5 时钟和控制电路模块
• 4.4 信号产生与调理电路
• 4.4.1 正弦波产生与调理电路
• 4.4.2 任意波产生与调理电路
• 4.5 硬件电路的制作与调试
• 4.5.1 硬件抗干扰措施
• 4.5.2 电路板的焊接与测试
• 4.6 本章小结
• 第五章 任意波形发生器的系统软件设计
• 5.1 引言
• 5.2 C8051F120用户功能设计
• 5.2.1 应用程序初始化
• 5.2.2 数据采集模块
• 5.2.3 键盘及LCD显示模块
• 5.2.4 RS232通信模块
• 5.2.5 AD9854控制模块
• 5.3 波形编辑软件的设计
• 5.3.1 波形编辑器的设计框架
• 5.3.2 发送波形数据到硬件存储器
• 5.3.3 手动绘制产生波形
• 5.4 本章小结
• 第六章 结论与展望
• 6.1 结论
• 6.2 心得与体会
• 6.3 展望
• 致谢
• 作者攻读学位期间发表的学术论文目录
• 参考文献
• 附录
• 论文中用到的缩略语