任意波形发生器的原理与应用

Verilog期末实验报告―波形发生器深圳大学实验报告课程名称: Verilog使用及其应用实验名称: 频率可变的任意波形发生器学院: 电子科学与技术学院专业:电子科学与技术班级: 2组号: 指导教师: 刘春平报告人: 陈昊学号: 2007160162 实验地点科技楼B115一、实验目的应用Verilog进行编写四种波形发生的程序，并结合DE2板与DVCC实验板上的D/A转换器在示波器显示出波形。

初步了解Verilog的编程及DE2板的应用，加强对其的实际应用操作能力。

二、实验原理实验程序分为三部分:第一、通过计数器实现内置信号分频，并通过外置开关调节频率来控制输出波形的频率。

第二、设定ROM中的数值，将波形数据存储到ROM中。

第三、设定波形选择开关。

总体设计方案及其原理说明:FPGA图 1-1 系统总体设计方案DDS是一种把数字信号通过数/模转换器转换成模拟信号的合成技术。

它由相位累加器、相幅转换函数表、D/A转换器以及内部时序控制产生器等电路组成。

参考频率f_clk为整个合成器的工作频率,输入的频率字保存在频率寄存器中,经,位相位累加器,累加一次,相位步进增加,经过内部ROM波形表得到相应的幅度值,经过D/A转换和低通滤波器得到合成的波形。

p为频率字,即相位增量;参考频率为,_clk;相位累加器的长度为,位,输出频率,_out为:f_out——输出信号的频率; N————相位累加器的位数;p———频率控制字(步长); f_clk——基准时钟频率。

图1-2 四种波形单周期的取样示意图段地址基地址 D7 D6 D5 D4 D3 D2 D1 D000 000 1000 001 1700 010 1500 011 1700 100 1000 101 300 110 500 111 301 000 301 001 301 010 301 011 301 100 101 101 101 110 101 111 110 000 010 001 510 010 1010 011 1510 100 2010 101 2510 110 3010 111 3511 000 3511 001 3011 010 2511 011 2011 100 1511 101 1011 110 511 111 0图1-3 函数查找表的设计三、实验内容程序编码:module dds(f_clk,p,choose,data);//端口设定 input [5:0] p; //频率控制字 input[1:0] choose; //波形选择 input f_clk; //内置晶振 output [7:0] data; wire [7:0]data;reg [5:0] addr,address; reg [5:0] i;reg f_out;initialbegini<=0;addr<=0;f_out<=0;endalways @(posedge f_clk) //利用计数器实现任意分频beginif(i==p) //设定频率控制字pbegini=0;f_out=~f_out;endelsei=i+1;endfunction [7:0] romout; //ROM的设定input[5:0] address; case(address) //各波形初值的预装入0 : romout = 10; //正弦波初值 1 : romout = 17;2 : romout = 15;3 : romout = 17;4 : romout = 10;5 : romout = 3;6 : romout = 5;7 : romout = 3;8 : romout = 3; //方波初值 9 : romout = 3;10: romout = 3;11: romout = 3;12: romout = 1;13: romout = 1;14: romout = 1;15: romout = 1;16 : romout = 0; //正三角波初值 17 : romout = 5;18 : romout = 10;19 : romout = 15;20 : romout = 20;21 : romout = 25;22 : romout = 30;23 : romout = 35;24 : romout = 35; //反三角波初值 25 : romout = 30;26 : romout = 25;27 : romout = 20;28 : romout = 15;29 : romout = 10;30 : romout = 5;31 : romout = 0; default : romout = 10'hxx; endcase endfunctionalways@(posedge f_out)beginif(addr==8) //波形数据切换addr=0;elseaddr=addr+1;case(choose) //波形选择开关设定0: address=addr;1: address=addr+8;2: address=addr+16;3: address=addr+24;endcaseendassign data = romout(address);//将ROM中对应数据传递输出端口data输出endmodule四、实验截图1.正弦波示意图:(choose=0时的波形数值)2.方波示意图:(choose=1时的波形数值)3.正三角波示意图:(choose=2时的波形数值)4.反三角波示意图:(choose=3时的波形数值)五、实验总结通过这次期末实验，更进一步认识了Verilog语言的使用，详细了解了整个设计制作和仿真流程，独立思考并通过一步步的调试，逐步摸索和进一步优化程序最终完成实验，锻炼了逻辑思维能力。

1、什么是任意波形发生器，与函数发生器的区别，如何产生任意波形信号，“任意”如何理解2、任意波形发生器的基本原理答：以DDS技术为基础，通过改变DDS中的查找表的数据，来实现任意波形。

根据所采用DDS的结构不同，采用DDFS结构的叫做函数/任意波形发生器，以Agilent的33250和Tektronix的AFG3000系列为典型代表，采用DDWS结构的叫做任意波形发生器，以Tektronix的AWG5000和AWG7000系列为代表3、任意波形发生器的形式答：大体上分为两种——台式仪器和模块式仪器，台式仪器如Agilent的33250，33120，tektronix的AFG和AWG系列等，模块化仪器包括VXI、PXI、cPCI、LXI（部分LXI模块也提供键盘、显示，可划归为台式仪器）、USB接口模块仪器等4、任意波形发生器的结构，每部分的作用，完成的功能，以及相应的对外接口信号？答：主要包括CPU模块、任意波形合成模块、模拟通道、电源四大组成部分1）CPU模块a)主控制器（包括单片机、ARM嵌入式处理器、PC机等，有板载CPU和非板载CPU之分，如台式仪器、VXI模块是板载CPU，而PXI模块是非板载CPU）b)键盘模块（台式仪器所特有，包括功能键、数字键以及飞梭）c)程控接口模块（一般为台式仪器特有，包括USB，LAN，GPIB，RS232等）d)显示模块（一般为台式仪器特有，有些模块化仪器也提供VGA接口，支持外接显示器的功能）2）任意波形合成模块a)时钟发生模块●在参考时钟（一般为10MHz，其准确度决定了采样时钟及输出频率的准确度）的作用下，产生波形DAC模块所需的采样时钟。

如果为DDFS架构，采样时钟为固定频率，如果为DDWS架构，采样时钟为可变频率。

●提供外部参考时钟和内部参考时钟的切换功能（有两种方法，一种是参考时钟内外源自动切换，当有外部参考时钟接入时，自动切换到外部参考时钟；一种是手动切换，并且当外部参考时钟超过一定范围时，自动切换到内部参考时钟）●提供内/外部采样时钟的切换功能（不是所有的仪器都有，一般在高档仪器上才有）●提供仪器内部所需的一些时钟信号，如调制模块中ADC所需的采样时钟、触发模块中所需的触发信号产生器的计数时钟等思考：1、为什么要提供外部采样时钟，作用是什么？2、如何用参考时钟产生采样时钟？方法有哪些？b)地址产生模块——产生波形存储器模块所需的寻址信号●累加器模块——对送入的频率控制字进行累加操作，产生相应的寻址信号；累加器模块应提供清零信号输入，通过控制清零信号，可产生Burst调制波形输出●相位加法器模块●频率控制字生成模块——产生累加器所需的频率控制字，可实现调频、扫频、FSK调制●相位控制字生成模块——产生相位加法器所需的相位控制字，可实现调相、PSK调制●地址位数选择模块——选择输出地址的位数，一般来说，当任意波形发生器工作在函数模式时，地址位数选择为16位，有利于在保证波形质量的前提下提供切换速度；当工作在任意波形模式时，将提供最大的地址输出能力（视存储容量而定）c)存储器模块●存储器（目前一般采用ZBT SRAM，也有采用DDR SDRAM，QDRSRAM或异步SRAM的），根据所要实现的采样率不同，也分为单片存储器和多存储器并行两种模式，具体参见多存储器并行任意波形合成技术●存储器管理模块——负责管理存储器地址线、数据线、读、写、片选等，注意任意波形的工作过程，1、由CPU将所需的波形数据写入波形存储器中，此时，存储器的地址、数据、写、片选都由CPU提供，读信号无效；2、地址产生模块提供地址信号连续读取存储器的波形数据，此时，存储器的地址由地址产生模块提供，读、片选均应一直使能，写信号无效，读取的数据送数据合成模块d)数据合成模块●对存储器传入的波形数据进行处理后传送给波形DAC模块●处理包括调幅、数据插值（并串转换）等e)波形DAC模块f)调制模块●产生内部调制时所需的调制波形数据（调频、调幅、调相和SWEEP需要）●对外部调制源送入的调制信号通过ADC进行采样，采样后产生相应的调制波形数据●进行调制源选择●产生Burst调制所需的清零控制信号g)触发模块●产生内部触发信号●对触发信号进行触发极性选择●进行触发源选择h)同步Marker模块●产生同步Marker数字信号●对产生的Marker数字信号进行幅度控制等i)方波产生模块●在Stratix3及其以上的器件中实现，通过数字的方法产生占空比精密可调的方波信号、脉宽精密可调的脉冲信号以及PWM调制波形信号3）模拟通道模块（根据模拟输出的指标不同而略有区别）a)滤波器模块b)脉冲沿调整模块c)幅度控制模块d)衰减模块e)放大模块f)加偏模块一、任意波形发生器的接口及指标1、主输出：波形信号的输出主要指标包括：工作模式：连续、触发、门控、序列输出特性：输出样式：单端或差分输出阻抗：50欧姆或75欧姆输出幅度范围、分辨力、准确度输出偏移范围、分辨力、准确度输出波形种类、频率范围、频率准确度输出正弦信号谐波失真、非谐波失真、SFDR、相位噪声方波上升、下降时间、占空比、过冲调制波形种类以及调制的参数（具体在调制部分再介绍）DAC垂直分辨位数存储深度2、时钟电路部分（通道共用）（1）内部参考输出：输出仪器内部晶振产生的参考时钟信号，该信号可用于同步多台任意波形发生器，或同步任意波形发生器和其它仪器。

使用任意波形发生器创建无线信号入门手册使用任意波形发生器创建无线信号入门手册2 /signal_generators使用任意波形发生器创建无线信号入门手册目 录摘要⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯4简介⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯4无线应用与数字调制⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯5-12无线发射面临的挑战⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯5为什么要数字调制？⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯6什么是数字调制？⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯7数字调制应用⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯12数字无线测试⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯12-19发射机－I-Q调制器测试⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯13 IF滤波器效率和损伤测试⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯14发射机－RF功率放大器线性度⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯15接收机－IF解调器测试⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯16接收机－RF功能测试⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯17接收机－平衡器特性评估⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯18接收机－干扰灵敏度⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯18 RF频谱环境仿真⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯19使用任意波形发生器(AWG)生成调制信号⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯19-25生成基带I-Q信号⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯19 IF生成⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯20 RF生成⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯21编译复合信号⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯23回绕式考虑⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯24展望⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯⋯26/signal_generators 3使用任意波形发生器创建无线信号入门手册图1. Tektronix AWG 系列简化方框图揭示了一个可变时钟控制任意波形，采样速率达20 GS/s摘要任意波形发生器(AWG)已经在商业上应用数年并在性能上不断得到改进。

在当今科技发展迅猛的时代，任意波形发生器和20 μs 间隔的数字转化能力正日益成为电子领域中的热门话题。

这两个领域的技术不仅能够广泛应用于信号处理、通信系统、医学影像等领域，而且在工业自动化、航天航空等领域也有着重要的地位。

本文将从几个角度深入探讨这两个技术的原理、应用和未来发展趋势。

一、任意波形发生器的原理及应用1. 什么是任意波形发生器？任意波形发生器是一种可以生成任意波形的信号源器件，它不受限于特定的波形形状，能够按照用户的要求产生各种复杂的波形信号，如正弦波、方波、三角波、锯齿波等。

这种灵活性和多样性使得任意波形发生器在电子测试、通信系统、声音合成等领域有着广泛的应用。

2. 任意波形发生器的工作原理任意波形发生器通过数字信号处理技术，将数字信号转换为模拟信号输出。

在数字信号处理阶段，用户可以通过预置的算法或者自定义的算法，生成任意形状的波形数据。

随后，这些波形数据经过DA转换器，转换为模拟信号输出。

任意波形发生器的核心技术包括数字信号处理和数字模拟转换。

3. 任意波形发生器的应用领域任意波形发生器广泛应用于各种领域，包括信号发生与测试、通信系统测试、声音合成与处理等。

在信号发生与测试领域，任意波形发生器能够产生各种复杂的波形信号，满足不同信号源的要求。

在通信系统测试领域，任意波形发生器可以模拟各种复杂的通信信号，对通信系统进行性能测试。

在声音合成与处理领域，任意波形发生器可以生成各种音频信号，实现声音的合成和处理。

二、20 μs 间隔的数字转化能力的原理及应用1. 20 μs 间隔的数字转化能力是什么？20 μs 间隔的数字转化能力是一种数字信号处理技术，能够在20微秒的时间内对信号进行采样和转换。

这种技术具有高速、高精度的特点，能够应用于很多要求高速信号处理的场合。

2. 20 μs 间隔的数字转化能力的工作原理在20 μs 的时间内，数字转化器能够对信号进行快速的采样和转换。

它利用高速时钟和专门的采样电路，能够在极短的时间内完成对信号的数字化。

1绪论1．1任意波形发生器的发展历程任意波形发生器(Arbitrary Wave Generator)是在1975年开发成功的，从此，信号发生器产品增加了一个新品种。

在任意波形发生器作为测量用信号激励源进入市场之前，为了产生非正弦波信号，已使用函数发生器提供三角波、斜波、方波和余弦波等几种特殊波形。

声音和振动分析需要复杂调制的信号源，以便仿真真实的信号，只有借助任意波形发生器，例如医疗仪器测试往往需要心电波形，任意波形发生器很容易产生各种非标准的振动信号。

早期的任意波形发生器主要着重音频频段，现在的任意波形发生器已扩展到射频频段，它与数字示波器（DSO）密切配合，只要数字示波器捕获的信号，任意波形发生器就能复制出同样的波形。

在电路构成上，数字示波器是模拟/数字转换，任意波形发生器是数字/模拟的逆转换，目前任意波形发生器的带宽达到2GHz，足够仿真许多移动通信、卫星电视的复杂信号。

生产数字示波器的仪器公司一般都供应任意波形发生器，如安捷伦、力科、泰克公司，也有只生产任意波形发生器的公司，如雷科、斯坦福公司。

仪器有台式、PC机虚拟、VXI总线、PXI总线等多种方式，大部分产品只有1路输出，有的高达16路输出。

仪器采样率从最低的100KS/s到4GS/s，相当实时带宽50kHz到最高的2GHz。

产生任意波形的方法主要有两种：即存储器和直接数字合成（DDS），前者电路比较简单，分两种形式：相位累加器式与计数器式，但需要较深的存储容量。

任意波形发生器的波形定义主要有面板设定、方程式设定、波形下载、软件设定、数字示波器下载、内置编辑器等多种。

1．2任意波形发生器的发展趋势及应用任意波形发生器的应用非常广泛，在原理上可仿真任意波形，只要数字示波器或其它记录仪捕捉到的波形，任意波形发生器都可复制出，特别有用的是仿真单次偶发的信号，例如地震波形、汽车碰撞波形等等。

任意波形发生器的发展趋势是更高取样率，更高分辨率和更大存储量，目前实时带宽超过1GHz的产品比较少，而且分辨率只有8位，不能满足快速发展的移动通信和高速网络的测量要求。

初识任意波形发生器方浩深圳市鼎阳科技有限公司初识任意波形发生器在产品调试的过程中，大多数的电路需要输入某种幅度随时间变化的信号，在这样的应用场景中，一个完整的测试测量系统一般会包含激励源，被测件和采集仪器三个部分。

采集仪器通常使用的是示波器和逻辑分析仪，而信号源在系统中则扮演了激励源的角色，任意波形发生器就是种类众多的信号源中的一种，在电子测试测量领域应用广泛。

信号源何时诞生？经历了怎样的发展历程？信号源是一种古老的测试测量仪器，伴随着整个仪器的发展周期，世界上第一台信号源诞生于20世纪20年代。

随着通信和雷达技术的发展，20世纪40年代出现了主要用于测试各种接收机的标准信号发生器，使信号源的应用范畴从定性分析演进到了定量分析的范畴，同一时期还出现了可用作脉冲调制器的脉冲信号发生器。

早期的信号源机械结构复杂，功率较大，电路比较简单，发展速度非常慢。

这种窘境直到1964年世界上出现了第一台全晶体管的信号源之后才得到改观。

此后出现了函数发生器，扫频信号发生器，合成信号发生器，程控信号发生器等新种类，信号源的各项指标都得到了大幅提高。

但是采用模拟电子技术的信号源由分立器件或模拟集成电路构成，不仅电路结构复杂，而且只能产生种类非常有限的简单波形。

更令人头疼的是，模拟电路的漂移较大，使得信号源输出波形的幅度稳定性很差。

自从70年代微处理器出现以后，利用微处理器和DAC可以使得信号源的功能进一步扩大，能够产生比较复杂的波形。

但是，这种方案有一个很严重的缺陷：输出波形的频率低主要是由CPU的工作频率决定的，这就意味着只能通过缩短软件执行时间或提高CPU的时钟频率来提高信号源输出波形的频率，具有很大的局限性。

发展到今天，市面上的信号源大多基于数字技术，许多信号源既可以输出模拟信号又可以输出数字信号，但是在真正高效的方案中，往往都是选择根据具体的应用环境优化过的信号源，因此也派生出了多种不同类型的信号源。

时下的信号源有哪些类型？广义上，根据信号源的应用范畴可以分为两类，数字应用信号源和模拟应用信号源。

基于DDS技术的任意波形发生器河南城建学院本科毕业设计概述 1 概述选题意义任意波形发生器是信号源的一种，它具有信号源所有的特点。

我们传统都认为信号源主要给被测电路提供所需要的已知信号(各种波形)，然后用其它仪表测量感兴趣的参数。

可见信号源在电子实验和测试处理中，并不测量任何参数而是根据使用者的要求仿真各种测试信号，提供给被测电路，以达到测试的需要。

信号源有很多种，包括正弦波信号源，函数发生器、脉冲发生器、扫描发生器、任意波形发生器、合成信号源等。

一般来讲任意波形发生器，是一种特殊的信号源，综合具有其它信号源波形生成能力，因而适合各种仿真实验的需要。

1).函数功能，仿真基础实验室设计人员的环境函数信号源是使用最广的通用信号源，它能提供正弦波、锯齿波、方波、脉冲串等波形，有的还同时具有调制和扫描能力，众所周知，在我们的基础实验中(如大学电子实验室、科研机构研究实验室、工厂开发实验室等)，我们设计了一种电路，需要验证其可靠性与稳定性，就需要给它施加理想中的波形以辨别真伪。

总之利用任意波形发生器这方面的基础功能，能仿真基础实验室所必须的信号。

2).任意波形，仿真模拟更复杂的信号要求众所周知，在我们实际的电子环境所设计的电路在运行中，于各种干扰和响应的存在，实际电路往往存在各种信号缺陷和瞬变信号，例如过脉冲、尖峰、阻尼瞬变、频率突变等(见图1-1，图1-2)，这些情况的发生，如在设计之初没有考虑进去，有的将会产生灾难性后果。

例如图1中的a处过尖峰脉冲，如果给一个抗冲能力差的电路，将可能会导致整个设备“烧坏”。

确认电路对这样一个状况敏感的程度，我们可以避免不必要的损失，该方面的要求在航天、军事、铁路和一些情况比较复杂的重要领域尤其重要。

于任意波形发生器特殊的功能，为了增强任意波形生成能力，它可以依赖计算机通讯输出波形数据。

在计算机传输中，可以通过专用的波形编辑软件生成波形，有利于扩充仪器的能力，更进一步仿真模拟实验。

任意波形发生器等同于仿真利器任意波形发生器不等于函数信号发生器对于波形发生器，很多朋友存在一定误解。

有诸多朋友无法分辨任意波形发生器和函数信号发生器，缘由在于大家对任意波形发生器缺乏正确理解。

本文将为大家介绍任意波形发生器和函数信号发生器，并阐明任意波形发生器是仿真实验的最佳仪器的原因，一起来了解下吧。

一、函数信号发生器信号发生器一般区分为函数信号发生器及任意波形发生器，而函数波形发生器在设计上又区分出模拟及数字合成式。

众所周知，数字合成式函数信号源无论就频率、幅度乃至信号的信噪比(S/N)均优于模拟，其锁相环( PLL)的设计让输出信号不仅是频率精准，而且相位抖动(phase Jitter)及频率漂移均能达到相当稳定的状态，但毕竟是数字式信号源，数字电路与模拟电路之间的干扰，始终难以有效克服，也造成在小信号的输出上不如模拟式的函数信号发生器。

谈及模拟式函数信号源，结构图如下：这是通用模拟式函数信号发生器的结构，是以三角波产生电路为基础经二极管所构成的正弦波整型电路产生正弦波，同时经由比较器的比较产生方波。

而三角波是如何产生的，公式如下：换句话说，如果以恒流源对电容充电，即可产生正斜率的斜波。

同理，右以恒流源将储存在电容上的电荷放电即产生负斜率的斜波，电路结构如下：当I1 =I2时，即可产生对称的三角波，如果I1 》》I2，此时即产生负斜率的锯齿波，同理I1 《《I2即产生正斜率锯齿波。

再如图二所示，开关SW1的选择即可让充电速度呈倍数改变，也就是改变信号的频率，这也就是信号源面板上频率档的选择开关。

同样的同步地改变I1及I2，也可以改变频率，这也就是信号源上调整频率的电位器，只不过需要简单地将原本是电压信号转成电流而已。

而在占空比调整上的设计有下列两种思路：1、频率(周期)不变，脉宽改变，其方法如下：改变电平的幅度，亦即改变方波产生电路比较器的参考幅度，即可达到改变脉宽而频率不变的特性，但其最主要的缺点是占空比一般无法调到20%以下，导致在采样电路实验时，对瞬时信号所采集出来的信号有所变动，如果要将此信号用来作模数(A/D)转换，那么得到的数字信号就发生变动而无所适从。

虚拟仪器课程设计报告一、综述任意波形发生器是一种常用的信号源, 广泛用于科学研究生产实践和教学实践等领域。

不论是在生产上还是在科研与教学上, 任意波形发生器都是电子工程师信号仿真实验的最佳工具。

一般来讲任意波形发生器，是一种特殊的信号源，综合具有其它信号源波形生成能力，因而适合各种仿真实验的需要。

1、信号发生器的发展历史自上世纪20年代，首台信号发生器诞生以来，信号发生器经历了一个漫长的发展期，特别是前四十年，由于早期机械结构比较复杂，功率比较大，电路比较简单，因此发展速度比较慢。

而之后的一二十年间，由于分析元件和模拟集成电路的应用，信号发生器开始可以产生正弦波、方波、锯齿波、三角波等几种简单波形，但同时也存在着稳定性差、尺寸大、价格贵、功耗大等诸多问题。

随着70年代微处理器的出现，利用微处理器、模数转换器和数模转换器，信号发生器的功能被大大地开发，能够通过硬件和软件产生较复杂的波形，这类的信号发生器多以软件为主，随着我国经济和科技的发展, 对相应的测试仪器和测试手段也提出了更高的要求。

基于LabVIEW的任意波形发生器就是在这个基础上发展而来。

2、基于LabVIEW的信号发生器的特点LabVIEW作为虚拟仪器技术的主要代表，在信号发生器方面，有着许多不可超越的优点，如虚拟仪器成本低、功能多、灵活性强、人机界面友好并且拥有不输传统台式发生器的性能等等。

其最大的优点就在于用户可根据自己的需求自己修改程序，来达到输出所需波形的目的，这是传统的台式发生器无法比拟的。

3、课程要求以及可行性分析在本课程中，我们需要通过使用LabVIEW2012这款软件，配合实验室配置的数据采集卡和电路实验箱，完成一款简易的任意波形信号发生器的程序开发。

由于实验室的配置齐全，硬件方面可以轻松达到程序最终所需的要求。

而在软件方面，由于LabVIEW内置强大的拓展包和程序库，我们可以通过调用许多其自身已有的子VI如正弦信号发生、公式信号发生、一维插值等，轻松达到输出波形的目的。

波形发生器的原理
波形发生器的原理是通过集成电路或信号发生器将模拟信号转化成为特定的波形，如正弦波、方波、三角波等。

主要包括时钟电路、控制电路、振荡器电路和滤波电路。

其中，振荡器电路是波形发生器的核心，经常采用反馈振荡器电路或数字式振荡器电路，其波形的频率和幅度是由控制电路和滤波电路进行调整和过滤的。

控制电路负责对波形发生器进行控制，比如选择波形、调整频率、调节幅度等。

滤波电路则主要用于过滤并调整波形中的杂波和谐波，使得输出的波形更加纯净和稳定。

1、什么是任意波形发生器，与函数发生器的区别，如何产生任意波形信号，“任意”如何理解2、任意波形发生器的基本原理答：以DDS技术为基础，通过改变DDS中的查找表的数据，来实现任意波形。

根据所采用DDS的结构不同，采用DDFS结构的叫做函数/任意波形发生器，以Agilent的33250和Tektronix的AFG3000系列为典型代表，采用DDWS 结构的叫做任意波形发生器，以Tektronix的AWG5000和AWG7000系列为代表3、任意波形发生器的形式答：大体上分为两种——台式仪器和模块式仪器，台式仪器如Agilent的33250，33120，tektronix的AFG和AWG系列等，模块化仪器包括VXI、PXI、cPCI、LXI（部分LXI模块也提供键盘、显示，可划归为台式仪器）、USB接口模块仪器等4、任意波形发生器的结构，每部分的作用，完成的功能，以及相应的对外接口信号？答：主要包括CPU模块、任意波形合成模块、模拟通道、电源四大组成部分1）CPU模块a)主控制器（包括单片机、ARM嵌入式处理器、PC机等，有板载CPU和非板载CPU之分，如台式仪器、VXI模块是板载CPU，而PXI模块是非板载CPU）b)键盘模块（台式仪器所特有，包括功能键、数字键以及飞梭）c)程控接口模块（一般为台式仪器特有，包括USB，LAN，GPIB，RS232等）d)显示模块（一般为台式仪器特有，有些模块化仪器也提供VGA接口，支持外接显示器的功能）2）任意波形合成模块a)时钟发生模块●在参考时钟（一般为10MHz，其准确度决定了采样时钟及输出频率的准确度）的作用下，产生波形DAC模块所需的采样时钟。

如果为DDFS架构，采样时钟为固定频率，如果为DDWS架构，采样时钟为可变频率。

●提供外部参考时钟和内部参考时钟的切换功能（有两种方法，一种是参考时钟内外源自动切换，当有外部参考时钟接入时，自动切换到外部参考时钟；一种是手动切换，并且当外部参考时钟超过一定范围时，自动切换到内部参考时钟）●提供内/外部采样时钟的切换功能（不是所有的仪器都有，一般在高档仪器上才有）●提供仪器内部所需的一些时钟信号，如调制模块中ADC所需的采样时钟、触发模块中所需的触发信号产生器的计数时钟等思考：1、为什么要提供外部采样时钟，作用是什么？2、如何用参考时钟产生采样时钟？方法有哪些？b)地址产生模块——产生波形存储器模块所需的寻址信号●累加器模块——对送入的频率控制字进行累加操作，产生相应的寻址信号；累加器模块应提供清零信号输入，通过控制清零信号，可产生Burst调制波形输出●相位加法器模块●频率控制字生成模块——产生累加器所需的频率控制字，可实现调频、扫频、FSK调制●相位控制字生成模块——产生相位加法器所需的相位控制字，可实现调相、PSK调制●地址位数选择模块——选择输出地址的位数，一般来说，当任意波形发生器工作在函数模式时，地址位数选择为16位，有利于在保证波形质量的前提下提供切换速度；当工作在任意波形模式时，将提供最大的地址输出能力（视存储容量而定）c)存储器模块●存储器（目前一般采用ZBT SRAM，也有采用DDR SDRAM，QDRSRAM或异步SRAM的），根据所要实现的采样率不同，也分为单片存储器和多存储器并行两种模式，具体参见多存储器并行任意波形合成技术●存储器管理模块——负责管理存储器地址线、数据线、读、写、片选等，注意任意波形的工作过程，1、由CPU将所需的波形数据写入波形存储器中，此时，存储器的地址、数据、写、片选都由CPU提供，读信号无效；2、地址产生模块提供地址信号连续读取存储器的波形数据，此时，存储器的地址由地址产生模块提供，读、片选均应一直使能，写信号无效，读取的数据送数据合成模块d)数据合成模块●对存储器传入的波形数据进行处理后传送给波形DAC模块●处理包括调幅、数据插值（并串转换）等e)波形DAC模块f)调制模块●产生内部调制时所需的调制波形数据（调频、调幅、调相和SWEEP需要）●对外部调制源送入的调制信号通过ADC进行采样，采样后产生相应的调制波形数据●进行调制源选择●产生Burst调制所需的清零控制信号g)触发模块●产生内部触发信号●对触发信号进行触发极性选择●进行触发源选择h)同步Marker模块●产生同步Marker数字信号●对产生的Marker数字信号进行幅度控制等i)方波产生模块●在Stratix3及其以上的器件中实现，通过数字的方法产生占空比精密可调的方波信号、脉宽精密可调的脉冲信号以及PWM调制波形信号3）模拟通道模块（根据模拟输出的指标不同而略有区别）a)滤波器模块b)脉冲沿调整模块c)幅度控制模块d)衰减模块e)放大模块f)加偏模块一、任意波形发生器的接口及指标1、主输出：波形信号的输出主要指标包括：工作模式：连续、触发、门控、序列输出特性：输出样式：单端或差分输出阻抗：50欧姆或75欧姆输出幅度范围、分辨力、准确度输出偏移范围、分辨力、准确度输出波形种类、频率范围、频率准确度输出正弦信号谐波失真、非谐波失真、SFDR、相位噪声方波上升、下降时间、占空比、过冲调制波形种类以及调制的参数（具体在调制部分再介绍）DAC垂直分辨位数存储深度2、时钟电路部分（通道共用）（1）内部参考输出：输出仪器内部晶振产生的参考时钟信号，该信号可用于同步多台任意波形发生器，或同步任意波形发生器和其它仪器。

DDS波形发生器电路组成及功能一、DDS波形发生器电路的组成本系统以单片机STC89C52为核心，采用了直接数字合成技术（DDS），实现了频率任意调节的正弦波，方波，三角波以及特定的任意信号，产生的各类波形精度高，稳定性好，采用友好的人机界面，操作方便。

系统总框图如下图所示：DDS波形发生器系统框图（1）相位累加地址发生器使用可编程逻辑器件IC4GAL16V8编程得到累加相位码，也就是波形的地址码。

这里的GAL16V8是100进制计数器，相位累加时，对应一个波形100个数据的地址。

GAL16V8拥有8个输入端和8个输出端，可以单独选择每个输出端的极性，灵活的进行输出端的组合排列、可重复编程、频带范围宽，工作频率很高。

使用GAL16V8做相位累加地址发生器使得电路更加简洁，保证在高频率下的稳定工作。

（2）数据存储器使用外部ROM数据存储器IC527C64，已经预先把相关波形的量化数据写入该外部ROM中。

（3）D/A模数转换电路使用数模转换集成芯片IC6DAC0832，DAC0832是一个8位的电流式的数模转换器，就是把波形数据转化为波形真实的模拟信号。

波形信号为电流信号，因此输出端还要接运算放大器，把电流信号转换为电压信号。

（4）双极性转换电路及滤波电路采用反相比例运算放大电路IC7TL084中的A，B运放，将D/A输出的单极性信号转换为双极性信号。

为确保产生波形的质量，减少波形失真度，使输出波形光滑，须用低通滤波器把高频分量滤掉。

在此采用自动线性跟踪Butterworth有源滤波器，在此采用二阶有源低通滤波器，即TL084中的C运放及R19，C18，R20，C10两节低通滤波器组成。

（5）显示及控制电路输入，八本机器需要进行人机对话，根据系统设计要求，采用独立式微动按钮S2～7只七段LED1数码管作为输出显示，清晰可见。

使用时可以选择方波、三角波和正弦～8波三种波形的输出；可调节不同波形的输出频率，并实现了1Hz的频率步进。