4.3.2 系统的方案论证 .................................................................................................. 15 4.4系统的主要完成的功能 .............................................................................................. 16 4.5系统的主要芯片介绍 .................................................................................................. 17 4.5.1Cyclone III系列芯片简介 ................................................................................. 17 4.5.2 EP3C5M164C8简介 ............................................................................................... 17 4.6系统软件设计概述 ...................................................................................................... 17 4.7波形产生模块 .............................................................................................................. 19 4.7.1 正弦波模块 .......................................................................................................... 19 4.7.2 三角波模块 .......................................................................................................... 19 4.7.3 方波设计模块 ...................................................................................................... 20 4.8系统硬件连接和示波器波形显示 .............................................................................. 21 4.9误差的分析与解决 ...................................................................................................... 22 4.10本章小结 .................................................................................................................... 22
5 总结 ................................................................................................................................... 23 参考文献 .............................................................................................................................. 24 附录1 .................................................................................................................................... 24 致谢 ........................................................................................................................................ 25
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1 概述
1.1 函数信号发生器发展的背景以及意义
函数发生器是各种测试和通信，计算机，雷达，控制，教学，制造，研究等领域的实验所不可或缺的工具并被广泛地使用，可以说现在科研领域都离不开它，他是不可或缺的一种工具，但是时代在发展，人们对信号发生器的功能已经有了更高的要求，普通传统的信号发生器已经无法满足现在科研的要求了，在科研领域发展的驱动下，当然科研工具也要随着发展，因此信号发生器的进一步开发很重要，然而采用专用的芯片或者模拟的电路的信号发生器，厂家在生产它的时候经费比较高，而且有些功能无法实现，比如控制波形频率和幅度，这困扰着一批又一批科研人员，与此同时人们开始用晶体管设计信号发生器，在研发之前，传统形式的信号发生器它们电路的结构复杂，它所占面积大的，价格也是非常的昂贵，又不方便携带在身边，FPGA技术和计算机技术在很大的程度上促进了电子应用领域的发展，人们越来越青睐数字信号的处理技术，传统的模拟信号处理的技术在发展中已经慢慢被遗弃了。但是信号发生器的研究是永无止境了，人们又把微机技术运用到了信号源设计中，于是新一代的信号发生器产生了—可以产生任意信号的信号发生器[12]。
1.2 信号发生器发展趋势与应用
现在信号发生器在研发领域几乎处处可见，与此同时它也是非常的昂贵的，但是随着FPGA和DDS这两门技术的不断发展，它们极大地促进数字技术的发展，他们慢慢也发展到了通信的领域，数字信号处理技术终于完全取代了传统的模拟技术。
时代在发展，普通的信号发生器不能满足人们的要求了，只能产生传统的正弦波已经不能满足科研人员的要求了，现在的仪器都在向着简单操作，电路简单易懂，功能完善，能产生稳定的波形，拥有更高的分辨率发展,从这些可以看出来，这些要求都为了适应社会的发展与技术的进步，所以对信号发生器的研究就变得越来越必要了。
信号发生器已经与我们的生活紧密相连了，人们的生活已经无法没有它了，下表1-1是信号发生器的分类：
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表1-1信号发生器的种类
分类方法 发生器种类 信号种类 产生波形 产生频率方法 专用信号发生器 任意信号发生器 合成信号发生器 通用信号发生器 卖场信号发生器 共振信号发生器 1.3 本论文的主要内容
这次毕业设计的题目是函数信号发生器的设计，从函数信号发生器的发展出发，引出了信号发生器的重要性，接下来提出设计方案：通过DDS的原理可以产生幅度频率都可以调节的三角波，正弦波，矩形波三种波形，最后对本次设计进行的自己的总结。
1.4 本章小结
本章从信号发生器发展的背景与意思出发，接下来介绍了它的研发现状，在最后阐述了本次设计需要实现的功能
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2 DDS的原理
2.1 DDS的设计
DDS技术是通过相位来设计的，这也是它的出发点，接下来直接合成设计所需要的波形，经济的不断发展促使在DDS技术方面的研究人员越来越多，因此研究得也越来越全面，以往一些没有的功能也被开发出来，有用这些功能的信号发生器它们有着拥有带宽大、频率稳定度高、分辨率高、频率切换的速度快等优点，在最近的几年，DDS技术在不断的发展中与普通的频率合成技术已经相差很多了，而且远远超过它们，甚至在某些及其关键的领域都开始运用到它们了，比如航空航天和自动化控制，这门技术已经变得越来越完善，越来越重要。 2.1.1 DDS原理
本文以正弦波为例子讲解DDS原理，传统的正弦波函数表达式2-1所示 u(t)?Asin(2?f0t??0) （2-1） 只要保持正弦波的幅值A和它的初始相位?0不改变，所得到的正弦波就是类似于f0的一条曲线，在设计中为了设计的简便，可以假设幅值为1，初相位为0，随即得到表达式2-2： u(t)?sin(2?f0t) （2-2） 为何得到离散型的正弦波序列，设计中可以利用采样频率fc对表达式（2-2）表达式进行采样分析，由此求出了正弦波离散序列，表达式2-3 u(n)?sin(2?f0nTc)n?(0,1,2,...) （2-3） 与此同时，得到的相对应的相位的离散序列为表达式2-4所示 ?(n)?2?f0nTc????n （2-4） 在表达式2-4中，Δθ是在采样过程中连续的两个采样点产生的增值，表达式如表达式2-5： ???2?f0Tc?2?f0 （2-5） fc3
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计算中运用到了采样定理，以上的表达式2-5必须满足下面的条件表达式（2-6） 2f0?fc （2-6） 根据采样定律，由表达式2-5与表达式2-2可得表达式2-7： f0???2?Tc （2-7） 由此可知通过相位增量Δθ的改变就可以达到信号频率的改变，把一个周期的正弦波分为M分，每份用?表示，每份??2?M，每次正弦波它的相位增加的数量是?的K倍时，与上面表达式2-7相结合，可以得到表达式2-8： f0?KfcM （2-7） 在表达式2-7中，K，M必须都是整数，而且必须满足2K 图2-8 DDS设计的原理图 DDS技术远远超于其他技术，具体有点如下： （1） 产生的频率的分辨率远远高于普通的技术。 （2） 只要是数字信号都可以通过它来调制。 （3） 系统工作时无噪音，有良好的工作环境。 2.2 系统方案的比较与选择 4