基于USB总线可编程函数发生器的研究与设计-电路与系统专业论文.docx

西南科技大学硕士研究生学位论文 西南科技大学硕士研究生学位论文 第1页 摘 要 随着计算机和电子设计自动化(EDA)技术在仪器仪表中的应用以及各 种测试测量工作对波形信号提出新的要求，具有可编程功能的函数信号发生 器日益成为测量领域内研究的热点。目前采用直接数字合成技术(DDS)实 现是波形发生器设计的主流。它采用全数字的合成方法，所产生的信号具有 频率分辨率高、频率切换速度快、频率切换时相位连续、输出相位噪声低和 能够产生任意波形等诸多优点。通用串行总线(USB)以其独有的高速、便 捷和即插即用特性以及在个人计算机(PC)领域内全面普及，逐步成为各行 各业通用传输接口。相对于传统的仪器专用总线和通PC内部总线而言，USB 总线在虚拟仪器快速发展而对接口总线提出更高要求的仪器仪表领域具有越 来越突出的优势。 本文的研究工作为基于USB总线的可编程函数发生器的研究与设计。综 合分析基于现场可编程门阵列(FPGA)的直接数字频率合成技术和虚拟仪 器(VI)系统设计方法，提出了一种便捷易用的虚拟仪器的设计原理和实现 方法。首先介绍了信号发生器的发展概况，然后阐述了USB通信协议及其在 仪器仪表领域的应用，最后提出了可编程函数发生器的硬件和软件设计方法， 重点介绍了采用FPGA的DDS的功能改进设计和可编程函数波形的编辑方 法设计，给出了设备固件程序和驱动程序的框图与流程图。 关键词：函数发生器 通用串行总线 虚拟仪器 西南科技大学硕士研究生学位论文 西南科技大学硕士研究生学位论文 第1 I页 Abstract For the application of the computer and EDA(Electronic Design Automation)technology in the instrumentation and various requirements of the signal waveform in testing and measurement，the programmable function generator has increasingly become the researching focus of the field．DDS (Direct Digital Synthesis)is adopted to achieve the arbitrary waveform generator both at home and abroad．DDS is an all-digital synthesis method．The generated signals have advantage of high frequency resolutions，fast frequency switching， continuous phase while frequency switching，low noise phase and being able to generate arbitrary waveforms，and many other advantages．For its special feathers of high—speed，plug and play，convenience and the wide popularization of computer applications，USB(Universal Serial Bus)become a common interface in every walk of life．Compared with traditional special buses and general internal PC(Personal Computer)bus．USB bus can fulfill the requirement of interface bus better and better caused by the rapid development of virtual instrument． This paper work studies the research and design of USB．based programmable function generator，which comprehensive analysis is direct digital frequency synthesis technology usin‘g FPGA(Field Programmable Gate Array) and VI(Virtual Instrument)system design method，gives the principle