LabVIEW-波形发生器.ppt

虚拟仪器系统 基于USB的任意波形发生器 提纲 研究意义及现状系统指标及设计方案系统硬件设计系统软件设计任意信号发生器测试效果 研究意义及现状 传统信号发生器 正弦波信号源 函数发生器 脉冲发生器 扫描发生器 针对特定应用 产生波形种类有限 波形不可编程 虚拟任意波形发生器 综合了其他信号源产生波形的能力产生波形可编程控制适用于各种仿真试验 教学实验等 NI 5421100MS s16位任意波形发生器 利用插值可达400MS s有效采样率SFDR接近91db8 32或256MB的板载内存16位LVDS数字模拟输出具有波形连接与循环的功能 NI 542140MS s任意波形发生器 40MS s更新速率12位分辨率 60dBSFDR16MHz正弦波输出波形连接与循环4或16MB板载内存 NI 5404100MS s时钟和频率发生器 可生成9KHz 100M正弦波生成直流 100MHz采样时钟频率1 07uHz的频率分辨率12位幅值分辨率 NI 540116MHz函数发生器 16MHz正弦波1MHz方波 三角波 斜波产生9 13mHz频率分辨率40MS s更新速率12位幅值分辨率 基于PCI总线16个模拟输入的程控放大器1个12位的A D转换器 200KS s 2个12位的D A转换器 10KS s 2个24位的定时 计数器8个TTL电平的数字I O端口 NI PCI6024E多功能数据采集卡 系统设计指标 USB通信接口 实现即插即用具有函数发生器和任意波形发生的功能输出波形频率 0 01Hz 100KHz频率分辨率 0 01Hz垂直分辨率 16位波形幅度 0 5Vpp波形存贮容量 32K采用LabVIEW或LabScene作为上层软件微型 低功耗 无需外部电源 工作电流 500mA 系统设计方案 直接频率合成技术 DDS 参考频率源 频率累加器 波形存储器 D A转换器 低通滤波器 频率控制字 信号输出 将一个正弦信号取样 量化 编码 形成一个正弦函数表存于存储器中 通过改变相位累加器的频率控制字来改变相位增量 并将变化的相位 幅值量化的数字信号通过 转换器及低通滤波器即可得到合成的模拟信号 波形数据 控制字 控制字 直接数字合成芯片 正是采用了这种方案 产生正弦波 该方法的缺点是 由于是抽点 难免会丢失波形的某些细节 很难做到任意波形发生 该方法的优点是 可以产生频率很高的规则波形 而且相位连续 系统设计方案 扫描发生技术 可变时钟 波形存储器 D A转换器 低通滤波器 信号输出 将一个任意波形信号取样 量化 编码 形成数字量 存于存储器中 通过系统时钟按地址逐个扫描 改变扫描频率就可以得到不同频率的输出 再通过 转换器及滤波器即可得到任意波形的信号 本系统采用该方案实现任意波形发生器该方案的缺点是 输出频率不够高 系统设计框图 可变时钟生成 AD9850 CPLD逻辑控制模块 USB接口通信模块 D A变换MAX5541 微控制器89S52 放大滤波 应用程序 LabVIEW LabScene out 波形存储器 62256 扫描时钟发生 AD9850 AD9850是AD公司生产的DDS芯片 32bits频率控制字 5bit相位调制 具有简化的控制接口 并行或串行输入 32位相位累加器 截断成14位 输入正弦查询表 查询表输出截断成10位 输入到 位DAC 并集成了高速比较器 能实现全数字编程控制的频率合成器和时钟发生器 其最高输出可达 M AD9850功能框图 AD9850管脚图 AD9850控制时序 W CLK FQ UD控制信号由CPLD内部产生 总线DATA在W CLK上升沿将数据装入寄存器 40位需重复5次 最后在FQ UD上升沿把40位数据从输入寄存器装入到频率 相位及控制数据寄存器 D A转换 MAX5541 D A转换器的选择D A转换器是整个系统的核心器件 波形信号的质量取决于其分辨率和数据输出速率 其制约关系为 1 D A的分辨率越高 则高次谐波的分量越小 2 一周期的数据点数越多 模拟信号越平滑 3 一周期数据点数多 则信号所能达到的最高频率降低 4 D A的输出速率越高 波形平滑度越好 一般情况下并行D A的输出速率高 控制方便 但是价格高 占用的I O也多 综合上述因素 本设计采用了MAXIM公司的MAX5541 它是16位D A 2 5V外部基准 0 2 5V电压输出 10MHz三线式串行总线接口 1us的信号建立时间 MAX5541转换控制时序 每次输入16位数据 CS低电平有效 SCLK上升沿锁存每位数据 CS上升沿将全部数据锁存 启动一次数据转换 USB通信接口设计 USB接口介绍USB硬件开发USB固件程序开发特点 PC驱动程序开发 系统软件设计 LABVIEW编程 系统软件设计 函数波形数据生成任意波形数据生成频率控制数据传输 函数波形数据生成 正弦波方波三角波锯齿波直流 正弦波数据生成 方波波数据生成 三角波数据生成 锯齿波数据生成 直流数据生成 任意波形数据生成 波形数据 手写板 最大值 最小值 频率控制 由于扫描时钟频率 D A转换速率和一个周期波形数据的点数 这 个因数是相互制约的 为了使输出波形达到最高指标 这 者要协调考虑 对于任意波形发生 用户需要指定一个周期波形的点数 再结合输出频率计算出扫描频率 对于函数波形发生 用户只要选择波形种类和输出频率 幅度 偏置 占空比等参数 不必要输入一个周期的点数 由软件确定最佳点数 具体过程是 先根据系统允许的最高扫描频率除以用户设置的输出频率 计算出一个周期的点数 但结果可能是小数 所以要将其四舍五入 所得的结果是最佳点数 在重新根据这个最佳点数和用户设置的输出频率 算出扫描频率 比如系统允许的最高扫描频率在500K左右 现要输出1 5KHz的正弦信号 计算得一个周期需要 1 5K 333 33个点 那么取一个周期333个点是最佳点数 则扫描频率 1 5KHz 333 499 5K 数据传输 上层应用程序通过往底层送数据包与板卡建立通信 每个数据包最多64个字节 LabVIEW面板 LabScece面