波形發(fā)生器已有較多使用，各大機械公司均具備波形發(fā)生器產(chǎn)品,。上篇文章中,，小編為大家?guī)硪黄ㄐ伟l(fā)生器設(shè)計實例,，講解了如何利用數(shù)字頻率合成技術(shù)設(shè)計高速任意波形發(fā)生器,。本文波形發(fā)生器相關(guān)內(nèi)容,，為上篇文章的余下部分,，一起來了解下吧,。
一、任意波形產(chǎn)生電路的設(shè)計
如圖4所示,，一個完整的任意波形產(chǎn)生電路主要由時鐘發(fā)生電路,、地址計數(shù)器、波形存儲器,、鎖存器,、奇偶數(shù)據(jù)選擇電路以及D/A轉(zhuǎn)換器構(gòu)成。
時鐘發(fā)生電路用于產(chǎn)生任意波形發(fā)生器所需的可變時鐘,，通?？梢杂蓡纹瑱C控制的鎖相環(huán)電路構(gòu)成，在實際設(shè)計中采用鎖相環(huán)集成電路,，產(chǎn)生最高頻率為100MHz的時鐘信號,，時鐘電路的輸出信號送往地址計數(shù)器的時鐘輸入端，以驅(qū)動地址計數(shù)器掃描波形存儲器中的數(shù)據(jù),，地址計數(shù)器采用15位二進制同步計數(shù)器,，邏輯上等同于4片74F161級聯(lián),，地址計數(shù)器輸出的15位地址數(shù)據(jù)與波形存儲器的地址輸入端相連，波形存儲器使用四片32K×8(讀寫速度為12ns)的SRAM級聯(lián)成32K×32的SRAM陣列,，SRAM陣列輸出端的32比特數(shù)據(jù)中,，24比特為波形數(shù)據(jù)，2比特為控制信號,，其余6比特數(shù)據(jù)線不使用,。每個波形點分辨率為12比特，每個地址存放兩個波形點的數(shù)據(jù),，單片段任意波信號最長可達64K個點,，2個控制信號分別為停止位、同步位,，停止位數(shù)據(jù)線通過D觸發(fā)器與地址計數(shù)器的預(yù)置數(shù)控制端端相連,，當(dāng)檢測到掃描至最后一個波形地址時，停止位將地址計數(shù)器的預(yù)置數(shù)控制端置位,，這樣在下一個時鐘到來時,，地址計數(shù)器又從該任意波形的首地址尋址，讀取波形數(shù)據(jù),?？刂菩盘栔械耐轿挥糜谳敵鐾馔叫盘枴２ㄐ未鎯ζ鬏敵龅?4位任意波形數(shù)據(jù)由鎖存器鎖存后送往12位奇偶數(shù)據(jù)選擇電路的輸入端,。如前所述,，波形存儲器的每個地址存放兩個點的波形數(shù)據(jù)，在通過人機接口向波形存儲器寫入波形數(shù)據(jù)時,，一個點的波形數(shù)據(jù)由每個地址中的奇數(shù)位數(shù)據(jù)構(gòu)成,，另外一個點的數(shù)據(jù)由偶數(shù)位構(gòu)成，這樣做的好處是每個采樣時鐘到來時,，可同時讀取2個波形點的數(shù)據(jù),，使得輸出波形的最高頻
率增大了1倍，相當(dāng)于采樣時鐘的頻率提高了1倍,，大大提高儀器性能,。12位奇偶數(shù)據(jù)選擇電路邏輯上等同于3片74F157。奇偶數(shù)據(jù)選擇電路的輸出端與D/A轉(zhuǎn)換器的輸入端相連,，D/A轉(zhuǎn)換器的作用是將從波形存儲器中讀取的數(shù)字信號轉(zhuǎn)換為模擬信號,，由于最高時鐘頻率為100MHz，所以D/A轉(zhuǎn)換器選擇速率為125百萬次/秒的AD975,。根據(jù)采樣定律輸出信號的基波頻率將低于所用的參考時鐘頻率的一半,，在本方案中采樣時鐘最高頻率為100MHz，一個任意波形最少可由4個點構(gòu)成，并且每個時鐘周期讀取兩個波形數(shù)據(jù),，因此所輸出的任意波形信號的最高頻率為50MHz,。上述電路中，15位同步二進制地址計數(shù)器,、24位鎖存器,、12位奇偶數(shù)據(jù)選擇電路及相關(guān)控制電路也可由高速CPLD實現(xiàn)。
二,、濾波器設(shè)計
經(jīng)過D/A轉(zhuǎn)換后的信號通常含有較多的時鐘成分及較為陡峭的躍變邊緣,，為了減少輸出波形的抖動、抑制高次諧波,，在任意波形發(fā)生器的設(shè)計中選擇有效的濾波器就顯得非常重要,，高速任意波形發(fā)生器即能輸出正弦波，又可輸出三角波,、鋸齒波,、脈沖波以及任意波型，因此要根據(jù)不同頻段和波形來選擇不同性能的濾波器,，橢圓(EllipTIc)濾波器具有陡峭的過渡特性,，適合用作正弦波的輸出濾波器，三角波,、鋸齒波和任意波具有豐富的頻譜,，因此要求濾波器在通帶范圍內(nèi)具有良好的幅頻特性，以保證信號通過濾波器后即不產(chǎn)生失真,，又能濾去雜散信號,。橢圓濾波器對正弦波以外的其他波形會產(chǎn)生劇烈的振鈴，而具有線形相位的高斯(Gaussian)濾波器可以滿足這些要求,，在本方案中由于任意波形發(fā)生器的采樣時鐘可變,，因此它的低通濾波器的截止頻率也必須變化，否則在有些頻段就不起濾波作用,，或者是在高頻段有用信號會被衰減,，為此本設(shè)計方案中采用截止頻率為25MHz,、50MHz的七階橢圓濾波器以及截止頻率為20MHz高斯濾波器,，由單片機根據(jù)不同情況編程選擇。圖5給出了截止頻率為50MHz的七階橢圓濾波器以及截止頻率為20MHz高斯濾波器的電路,。
三,、GPIB接口設(shè)計
盡管目前在智能儀器中有許多新的接口標(biāo)準(zhǔn)，比如USB,、LAN等,，但是GPIB(General Purpose Interface Bus)接口仍然是業(yè)界公認(rèn)的智能儀器標(biāo)準(zhǔn)接口，在本方案中采用GPIB接口由PC機向任意波形發(fā)生器下載數(shù)據(jù)，并可通過GPIB總線遠程控制任意波形發(fā)生器,，GPIB接口電路由采用NI公司的NAT7210GPIB專用集成電路和TI公司生產(chǎn)的GPIB總線驅(qū)動器SN75160以及SN75162構(gòu)成,，NAT7210輸出的是標(biāo)準(zhǔn)的GPIB格式數(shù)據(jù)，符合IEEE488.2標(biāo)準(zhǔn),，GPIB總線驅(qū)動器的作用是增強接口的驅(qū)動能力,。NAT7210與SN75160、SN75161以及單片機之間的連接方法參見文獻,。
四,、高速任意波形發(fā)生器的軟件設(shè)計
高速任意波形發(fā)生器的軟件包括PC機部分的波形編輯及下載軟件以及儀器內(nèi)部的單片機控制軟件兩部分，波形編輯及下載軟件具備各種任意波形編輯能力,，例如直線編輯方式,、曲線編輯方式、公式編輯方式,、調(diào)制波形編輯方式,。波形編輯及下載軟件能夠通過GPIB接口與任意波形發(fā)生器通信完成任意波形數(shù)據(jù)的下載及儀器的遠程監(jiān)控。儀器內(nèi)部的單片機控制軟件結(jié)構(gòu)采用經(jīng)典的主程序循環(huán)和中斷服務(wù)模式,，其流程圖如圖6所示,。儀器加電后，首先進行自檢和軟,、硬件的初始化,，再進入主程序的循環(huán)，主程序的循環(huán)是等待中斷處理的過程,，它依據(jù)中斷請求判斷中斷源,，開中斷并轉(zhuǎn)向相應(yīng)的中斷處理子程序，完成對應(yīng)操作或硬件控制,。
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