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[導讀]波形發生器已有較多使用,各大機械公司均具備波形發生器產品。上篇文章中,小編為大家帶來一篇波形發生器設計實例,講解了如何利用數字頻率合成技術設計高速任意波形發生器。本文波形發生器相關內容,為上篇文章的余下部分,一起來了解下吧。

波形發生器已有較多使用,各大機械公司均具備波形發生器產品。上篇文章中,小編為大家帶來一篇波形發生器設計實例,講解了如何利用數字頻率合成技術設計高速任意波形發生器。本文波形發生器相關內容,為上篇文章的余下部分,一起來了解下吧。

一、任意波形產生電路的設計

如圖4所示,一個完整的任意波形產生電路主要由時鐘發生電路、地址計數器、波形存儲器、鎖存器、奇偶數據選擇電路以及D/A轉換器構成。

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時鐘發生電路用于產生任意波形發生器所需的可變時鐘,通??梢杂蓡纹瑱C控制的鎖相環電路構成,在實際設計中采用鎖相環集成電路,產生最高頻率為100MHz的時鐘信號,時鐘電路的輸出信號送往地址計數器的時鐘輸入端,以驅動地址計數器掃描波形存儲器中的數據,地址計數器采用15位二進制同步計數器,邏輯上等同于4片74F161級聯,地址計數器輸出的15位地址數據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級聯成32K×32的SRAM陣列,SRAM陣列輸出端的32比特數據中,24比特為波形數據,2比特為控制信號,其余6比特數據線不使用。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據,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,停止位數據線通過D觸發器與地址計數器的預置數控制端端相連,當檢測到掃描至最后一個波形地址時,停止位將地址計數器的預置數控制端置位,這樣在下一個時鐘到來時,地址計數器又從該任意波形的首地址尋址,讀取波形數據??刂菩盘栔械耐轿挥糜谳敵鐾馔叫盘?。波形存儲器輸出的24位任意波形數據由鎖存器鎖存后送往12位奇偶數據選擇電路的輸入端。如前所述,波形存儲器的每個地址存放兩個點的波形數據,在通過人機接口向波形存儲器寫入波形數據時,一個點的波形數據由每個地址中的奇數位數據構成,另外一個點的數據由偶數位構成,這樣做的好處是每個采樣時鐘到來時,可同時讀取2個波形點的數據,使得輸出波形的最高頻

率增大了1倍,相當于采樣時鐘的頻率提高了1倍,大大提高儀器性能。12位奇偶數據選擇電路邏輯上等同于3片74F157。奇偶數據選擇電路的輸出端與D/A轉換器的輸入端相連,D/A轉換器的作用是將從波形存儲器中讀取的數字信號轉換為模擬信號,由于最高時鐘頻率為100MHz,所以D/A轉換器選擇速率為125百萬次/秒的AD975。根據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個點構成,并且每個時鐘周期讀取兩個波形數據,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器、24位鎖存器、12位奇偶數據選擇電路及相關控制電路也可由高速CPLD實現。

二、濾波器設計

經過D/A轉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,在任意波形發生器的設計中選擇有效的濾波器就顯得非常重要,高速任意波形發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具有良好的幅頻特性,以保證信號通過濾波器后即不產生失真,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。

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三、GPIB接口設計

盡管目前在智能儀器中有許多新的接口標準,比如USB、LAN等,但是GPIB(General Purpose Interface Bus)接口仍然是業界公認的智能儀器標準接口,在本方案中采用GPIB接口由PC機向任意波形發生器下載數據,并可通過GPIB總線遠程控制任意波形發生器,GPIB接口電路由采用NI公司的NAT7210GPIB專用集成電路和TI公司生產的GPIB總線驅動器SN75160以及SN75162構成,NAT7210輸出的是標準的GPIB格式數據,符合IEEE488.2標準,GPIB總線驅動器的作用是增強接口的驅動能力。NAT7210與SN75160、SN75161以及單片機之間的連接方法參見文獻。

四、高速任意波形發生器的軟件設計

高速任意波形發生器的軟件包括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接口與任意波形發生器通信完成任意波形數據的下載及儀器的遠程監控。儀器內部的單片機控制軟件結構采用經典的主程序循環和中斷服務模式,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,主程序的循環是等待中斷處理的過程,它依據中斷請求判斷中斷源,開中斷并轉向相應的中斷處理子程序,完成對應操作或硬件控制。

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以上便是此次小編帶來的“波形發生器”相關內容,通過本文,希望大家對講解的內容具備一定的了解。如果你喜歡本文,不妨持續關注我們網站哦,小編將于后期帶來更多精彩內容。最后,十分感謝大家的閱讀,have a nice day!

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