数控智能函数信号发生器开题报告1

Hefei University
毕业设计(论文)
开题报告
题目数控智能函数信号发生器设计年级专业（班级）08自动化（1）班
姓名
指导老师
完成时间
《数控智能函数信号发生器设计》
开题报告
一、研究背景
随着电子测量及其他部门对各类信号发生器的广泛需求及电子技术的迅速发展，促使信号发生器种类增多，性能提高。

尤其随着70年代微处理器的出现，更促使信号发生器向着自动化、智能化方向发展。

现在，信号发生器带有微处理器，因而具备了自校、自检、自动故障诊断和自动波形形成和修正等功能，可以和控制计算机及其他测量仪器一起方便的构成自动测试系统。

当前信号发生器总的趋势是向着宽频率覆盖、低功耗、高频率、精度、多功能、自动化和智能化方向发展。

在科学研究、工程教育及生产实践中，如工业过程控制、教学实验、机械振动试验、动态分析、材料试验、生物医学等领域，常常需要用到低频信号发生器。

而在我们日常生活中，以及一些科学研究中，锯齿波和正弦波、矩形波信号是常用的基本测试信号。

譬如在示波器、电视机等仪器中，为了使电子按照一定规律运动，以利用荧光屏显示图像，常用到锯齿波产生器作为时基电路。

信号发生器作为一种通用的电子仪器，在生产、科研、测控、通讯等领域都得到了广泛的应用。

但市面上能看到的仪器在频率精度、带宽、波形种类及程控方面都已不能满足许多方面实际应用的需求。

加之各类功能的半导体集成芯片的快速生产，都使我们研制一种低功耗、宽频带，能产生多种波形并具有程控等低频的信号发生器成为可能。

智能化越来越成为仪器的基本要求，对传统仪器的数字化，智能化，集成化也就明显得尤为重要。

平时常用信号源产生正弦波，方波，三角波等常见波形作为待测系统的输入，测试系统的性能。

单在某些场合，我们需要特殊波形对系统进行测试，这是传统的模拟信号发生器和数字信号发生器很难胜任的。

利用单片机，设计合适的人机交互界面，使用户能够通过手动的设定，设置所需波形。

该设计课题的研究和制作全面说明对低频信号发生系统要有一个全面的了解、对低频信号的发生原理要理解掌握，以及低频信号发生器工作流程：波形的设定，D/A 转换，显示和各模块的连接通信等各个部分要熟练联接调试，能够正确的了解常规芯片的使用方法、掌握简单信号发生器应用系统软硬件的设计方法，进一步锻
炼了我们在信号处理方面的实际工作能力。

二、国内外研究状况
1、波形发生器亦称函数发生器，作为实验用信号源，是现今各种电子电路实验设计应用中必不可少的仪器设备之一。

目前，市场上常见的波形发生器多为纯硬件的搭接而成，且波形种类有限，多为锯齿、正弦、方波、三角等波形。

信号发生器作为一种常见的应用电子仪器设备，传统的可以完全由硬件电路搭接而成，如采用 555 振荡电路发生正弦波、三角波和方波的电路便是可取的路径之一。

但是这种电路存在波形质量差，控制难，可调范围小，电路复杂和体积大等缺点。

在科学研究和生产实践中，如工业过程控制，生物医学，地震模拟机械振动等领域常常要用到低频信号源。

而由硬件电路构成的低频信号其性能难以令人满意，而且由于低频信号源所需的RC很大；大电阻，大电容在制作上有困难，参数的精度亦难以保证；体积大，漏电，损耗显著更是其致命的弱点。

一旦工作需求功能有增加，则电路复杂程度会大大增加。

波形发生器是能够产生大量的标准信号和用户定义信号，并保证高精度、高稳定性、可重复性和易操作性的电子仪器。

函数波形发生器具有连续的相位变换、频率稳定性等优点，不仅可以模拟各种复杂信号，还可对频率、幅值、相移、波形进行动态、及时的控制，并能够与其它仪器进行通讯，组成自动测试系统，因此被广泛用于自动控制系统、震动激励、通讯和仪器仪表领域。

在 70 年代前，信号发生器主要有两类：正弦波和脉冲波，而函数发生器介于两类之间，能够提供正弦波、余弦波、方波、三角波、上弦波等几种常用标准波形，产生其它波形时，需要采用较复杂的电路和机电结合的方法。

这个时期的波形发生器多采用模拟电子技术，而且模拟器件构成的电路存在着尺寸大、价格贵、功耗大等缺点，并且要产生较为复杂的信号波形，则电路结构非常复杂。

同时，主要表现为两个突出问题，一是通过电位器的调节来实现输出频率的调节，因此很难将频率调到某一固定值；二是脉冲的占空比不可调节。

在 70 年代后，微处理器的出现，可以利用处理器、A/D/和 D/A，硬件和软件使波形发生器的功能扩大，产生更加复杂的波形。

这时期的波形发生器多以软件为主，实质是采用微处理器对 DAC 的程序控制，就可以得到各种简单的波形。

90 年代末，出现几种真正高性能、高价格的函数发生器、但是 HP 公司推出了型号为 HP770S 的信号模拟装置系统，它由 HP8770A 任意波形数字化
和HP1776A 波形发生软件组成。

HP8770A 实际上也只能产生 8 种波形，而且价格昂贵。

不久以后，Analogic 公司推出了型号为 Data-2020 的多波形合成器，Lecroy 公司生产的型号为 9100 的任意波形发生器等。

而近几年来，国际上波形发生器技术发展主要体现在以下几个方面：
（1）过去由于频率很低应用的范围比较狭小，输出波形频率的提高，使得波形发生器能应用于越来越广的领域。

波形发生器软件的开发正使波形数据的输入变得更加方便和容易。

波形发生器通常允许用一系列的点、直线和固定的函数段把波形数据存入存储器。

同时可以利用一种强有力的数学方程输入方式，复杂的波形可以由几个比较简单的公式复合成 vf t形式的波形方程的数学表达式产生。

从而促进了函数波形发生器向任意波形发生器的发展，各种计算机语言的飞速发展也对任意波形发生器软件技术起到了推动作用。

目前可以利用可视化编程语言如 Visual Basic Visual C 等等编写任意波形发生器的软面板，这样允许从计算机显示屏上输入任意波形，来实现波形的输入。

（2）与 VXI 资源结合。

目前，波形发生器由独立的台式仪器和适用于个人计算机的插卡以及新近开发的 VXI 模块。

由于 VXI 总线的逐渐成熟和对测量仪器的高要求，在很多领域需要使用 VXI 系统测量产生复杂的波形，VXI 的系统资源提供了明显的优越性，但由于开发 VXI 模块的周期长，而且需要专门的 VXI 机箱的配套使用，使得波形发生器 VXI 模块仅限于航空、军事及国防等大型领域。

在民用方面，VXI 模块远远不如台式仪器更为方便。

（3）随着信息技术蓬勃发展，台式仪器在走了一段下坡路之后，又重新繁荣起来。

不过现在新的台式仪器的形态，和几年前的己有很大的不同。

这些新一代台式仪器具有多种特性，可以执行多种功能。

而且外形尺寸与价格，都比过去的类似产品减少了一半。

2、国内外波形发生器产品比较早，在 1978 年，由美国 Wavetek 公司和日本东亚电波工业公司公布了最高取样频率为 5MHz ，可以形成 256 点存储长度波形数据，垂直分辨率为8bit，主要用于振动、医疗、材料等领域的第一代高性能信号源，经过将近 30年的发展，伴随着电子元器件、电路、及生产设备的高速化、高集成化，波形发生器的性能有了飞速的提高。

变得操作越来越简单而输出波形的能力越来越强。

波形操作方法的好坏，是由波形发生器控制软件质
量保证的，编辑功能增加的越多，波形形成的操作性越好。

以下给出了几种波形发生器的性能指标，从中可以看出当今世界上重要电子仪器生产商在波形发生器上的研制水平。

公司 Tektronix Tektronix 横河电机 Wavetek 型号 AG320 AWG710 AG5100 295 最高采用 16MS/s 4GMS/s 1GMS/s 50MS/s 频率通道数 2 2 2 4 垂直分辨 12bit 8bit 8bit 12bit 率存储容量 64K 8M 8M 64K 输出电压10V 2.5V 2V 15V 。

二十一世纪，随着集成电路技术的高速发展，出现了多种工作频率可过 GHz 的 DDS 芯片，同时也推动了函数波形发生器的发展，2003 年，Agilent 的产品33220A 能够产生 17 种波形，最高频率可达到 20M，2005 年的产品 N6030A能够产生高达 500MHz
三、主要研究内容和关键性问题
1、主要设计内容：
系统将信号发生器分四个模块进行设计：
（1）单片机系统：控制外围的信号发生芯片，完成多种函数的信号输出；（2）外围电路：实现外围的信号发生芯片和单片机之间的接口技术；
（3）单片机程序：编写单片控制外围信号发生芯片的接口程序，实现单片机的函数信号输出功能，本信号发生器的功能如下：由单片机控制DDS芯片实现对输出信号频率/相位的调节,且可实现多种频率设定功能,具有跳频、点频、扫频工作模式；
（4）频率显示模块：通过LED 显示产生波形的频率。

2、关键性问题：
数控智能函数信号发生器原理及软硬件设计是本次设计的主要内容，要了解单片机、AD9850的原理，软件的编程是本信号发生器功能实现的重中之重。

四、研究思路和方法
1、在查阅、调研的基础上，进行总体理论分析与设计。

2、根据设计内容首先选择单片机、信号发生器等主要器件，然后进行单片机系统、信号发生电路系统、频率显示电路以及放大电路的设计，最后编写单片机控制外围信号发生芯片的接口程序，实现单片机的函数信号输出功能。

3、根据硬件设计，编制相应的逻辑代码调试实物。

4、进行毕业设计说明书撰写
五、进度安排
从接题之日至寒假结束，要求积极复习相关课程、并查找资料，掌握国内最新研究成果，了解国外最新成果与发展动态，翻译一篇外文文章。

开学后第1周～3周，查找搜集资料；
第4周～第5周，整理资料，完成开题报告；
第6周～第7周，画出设计框图，制定设计方案；
第8周～第10周，画出电路原理图，进行实验；
第11周～第15周，电路调试和完善，同时编写论文；
第16周，装订论文，准备答辩。

六、课题研究的成果
1、完成一篇合格的毕业设计论文；
2、能产生周期性正弦波、方波、三角波、锯齿波以及用户自己编辑的特定波形，并且能够且可实现多种频率设定功能,具有跳频、点频、扫频工作模式，并通过液晶显示器将频率值显示出来；
3、利用现有的硬件完成实物电路；
4、根据硬件电路，编写软件代码进行调试。

七、参考文献
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