基于FPGA的智能信号发生器的设计与实现开题报告

 2021-12-09 17:45:43

1. 研究目的与意义(文献综述)

信号发生器是一种在通信、电子、雷达、仪器仪表以及自动控制各个领域中广泛应用的电子设备,作为最基本的信号源,为系统提供多种测试信号,完成系统各个功能模块准确性的验证。因此,信号发生器的广泛应用使其成为必不可少的仪器设备[1]

传统的信号源设计通常是通过使用模拟电路来实现的。但是,模拟硬件对诸如温度和湿度之类的环境影响敏感,因此输出信号具有较差的稳定性,较小的频率范围和较差的可扩展性[2]。电磁(em)信号发生器是工程实践中最重要的工具之一。过去,它是由硬件组成的,系统结构复杂,可维护性和可操作性都不好。近年来,随着计算机技术的发展,dds技术具有高频分辨率和快速频率切换的优势[3]。信号发生器的设计与制造大多采用dds专用芯片,加上单片机等微处理器方案来实现信号输出,其灵活性和可升级性相对较差。在相同的时钟频率下,使用fpga可以实现更宽的频率调节范围。

随着集成电路技术和数字电路技术的迅速发展,dds技术理论得到了更广泛的应用。其中影响最为显著的是现场可编程门阵列(field-programmable gate array fpga)的发展与应用,为实现dds提供了更好的技术手段,得益于其本身具备的高速并行处理数据的运算能力和可重构特性,以及内部丰富的资源和较高的工作频率。采用fpga芯片实现dds技术所输出波形的种类多、速度快,此外fpga芯片支持在线编程和良好的可移植性,可依据具体的设计要求进行优化[5]。在雷达、通信和电子等大规模复杂系统中对输入测试信号种类的要求趋于多样化,并且对信号的带宽、精确度等各种性能指标的要求非常高,所以信号发生器在电子系统中等实际应用中占据举足轻重的地位,那么为了满足系统带宽和复杂系统对信号的测试需求[8],针对宽带高性能信号发生器的设计和研究具有重要的意义和经济价值。

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2. 研究的基本内容与方案

本文研究的是设计一款基于fpga,利用数字式直接频率合成(dds)技术的包括三角波,正弦波,方波等多波形信号源。以下为主要内容:

(1) dds基本原理

主要介绍数字式直接频率合成(dds)技术的基本原理,波形分析,以及对dds的误差分析,最后研究几种减小dds杂散信号的方法。

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3. 研究计划与安排

第1-3周:查阅相关文献资料,明确研究内容,了解本课题研究所需的理论知识,初步确定设计方案,撰写开题报告。

第4-5周:学习fpga的基本设计方法。

第6周:学习verilog hdl语言的使用,完成fpga模块,da转换模块的硬件电路仿真与相应的软件设计工作。

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4. 参考文献(12篇以上)

[1]付宝仁,王超,高鸿儒.基于fpga的高精度信号发生器[j].信息技术与网络安全,2020,39(01):87-91.

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